Pilvipalvelut ja IPR:ät

Hiljan Kiinan reissulla tuli tutustuttua maan suuriin pilvilaskentasuunnitelmiin. Kiinan toinen pilvilaakso, Cloud Valley, sijaitsee lähellä Pekingissä Zhongguancunin Zparkissa. Pilvipalveluteollisuuden rahoitus on turvattu sadoilla miljoonilla uusimmassa viisivuotissuunnitelmassa ja tarkoitus on luonnollisesti kasvaa johtavaksi maaksi alalla. Ei ole oikeastaan epäillystään siitä, etteikö Kiinan suunnitelma toteutuisi, sillä jo nyt maassa on määrällisesti eniten internetin käyttäjiä. Hankkeen toteuttajia ovat muun muassa tuhannet USA:ssa ja Euroopassa opiskelleet lahjakkaat IT-alan tekijät.

cloud valley

Vielä muutama vuosi sitten olin itsekin vaikuttunut pilvipalveluiden vaikutuksesta kaikkeen laskentaan ja nythän elämme jo keskellä Googlen, Amazonin, Facebookin, yms. pilvipohjaisia palveluita. Myös käyttäjille maksulliset hyötysovellukset ovat siirtyneet tai siirtymäisillään pilveen, josta olisi valtava etu Big Datan kuten pistepilvienkin laskennassa. Ainakaan lupaus kasvavasta tietoturvasta ei ole toteutunut, sillä suuretkin palveluntarjoajat ilmoittavat jatkuvasti tietomurroista.

Kovin huolestuttavalta kuitenkin vaikuttaa lainsäädännön puuttuminen alalta, erityisesti kun on kyse aineettoman omaisuuden omistusoikeudesta (IPR). Aihepiiri on kyllä EU:n lainsäätäjien kiirelistalla, mutta ihan lähiaikoina valtioiden välisiä sopimuksia tuskin saadaan aikaan. Kyberrikollisuutta koskevassa EU-raportissaan päähuolenaiheena ei pidetä varsinaista rikollisuutta, vaan pilvilaskennassa mahdollisesti tapahtuvaa identiteetin ja datan, siis aineettoman omaisuuden menettämistä. Globaalin taloustilanteen ollessa kireä ohjelmiston käyttösopimukset (EULA) alkavatkin olla jo hurjaa luettavaa: esimerkiksi tunnettu suunnitteluohjelmien valmistaja ilmoittaa pilvilaskentaohjelmansa käyttöoikeussopimuksessa käyttäjien luovuttavan sisältönsä käyttöoikeuden heille. Koska yhtiön pääjohtaja on ilmoittanut kaikkien ohjelmiensa muuttuvan tulevaisuudessa pilvipohjaisiksi, tätä ominaisuutta ei kohta voi edes kiertää muuten kuin vaihtamalla ohjelmiston tarjoajaa, jos se edes on mahdollista.

Ohjelmalisenssien puolella Microsoft puolestaan ilmoitti uuden Office 2013-lisenssi olevan sidottu tietokoneeseen, josta sitä ei voi siirtää muihin tietokoneisiin. Näin ollen me Euroopassa voimme sitten myydä käytetyn Office 2013-ohjelman ainoastaan myymällä myös sen sisältävän tietokoneen. Mielenkiintoista.

Mutta palataan vielä noihin aineistoihin, joita voisivat olla vaikka skannatut pistepilvet silloista ja ja rakennuksista tai taiteilijoiden ja arkkitehtien luovan työn tulokset. Tämänhetkisessä tilanteessa ratkaiseva tekijä lainsäädännön kannalta vaikuttaa olevan se, missä maassa pilvipalveluntarjoajan palvelimet sijaitsevat, sillä se voi ratkaista minkä maan lainsäädäntöä sovelletaan kiistatilanteissa. Kuinkas moni tämän tekstin lukijoista haluaisi siis varastoida aineistonsa kiinalaiselle palvelimelle, jossa aineetonta omaisuutta koskeva lainsäädäntö on muuten ihan hyvä? Ainoa ongelma Kiinassa on lakien käytännön sovellus. Entäpä sitten USA? Siellä liittovaltion viranomaiset voivat päästä käsiksi kaikkeen USA:n lainsäädännön alaiseen dataan muutamankin lakipykälän kuten Patriot Actin avulla. Ja sama pätee ilmeisesti useassa Euroopan maassa, vaikka toisaalta meillä on tiukat tietosuojalait. Pitäisikö huolestua? No ainakin sen takia, että kokonaistilanne on varsin epäselvä. Lakimiehillä riittää töitä.

Pitääkö aineistojen omistusoikeuksien menetyksestä edes huolestua? Pilvipalvelujen tarjojat puolustautuvat sanomalla, ettei ohjelmien kunnollinen toimiminen ole edes mahdollista jollei heille anna oikeuksia aineistojen käyttöön. Toisaalta, ollaanko kansainvälisestikin herkkiä kohteita kuten ydinvoimaloiden pohjakaavoja sitten valmiita jakelemaan kenellä vaan? Entäpä sitten tuotteiden arvoketju, jos teknisiä ja taiteellisia töitä jaetaan ilman korvauksia tekijöille? Ammattilaispuolella on kysymys rahasta eikä parista hassusta lomakuvasta.

Toisaalta, emme pysty näköjään muutenkaan pitämään kiinni tekijän/omistusoikeuksistamme, kuten arkkitehti Zaha Hadidin tapaus osoittaa. Tähtiarkkitehdin vasta valmisteilla oleva suurhanke Galaxy SOHO Pekingissa on jo kopioitu Chongqingiin, jossa sijaitseva kopio on kaiken lisäksi valmistumassa ennen Pekingin projektia. Samaan aikaan kiinalaiset ovat kaikessa hiljaisuudessa kopioineet sievän, itävaltalaisen Hallstattin pikkukylän, joka on sattumoisin myös maailmanperintökohde. Pahat kielet kertovat muuten kuviin perustuvassa mallinnuksessa tapahtuneen pienen virheen eli kiinalais-Hallstatt olisi peilikuva oikeasta esikuvastaan. Se ei poista kylän asukkaiden mielipahaa kopioinnista, jolle sinänsä ei löydy minkäänlaista estoa.

Tämä kirjoitus on rönsyillyt pilvilaskentapalveluista aineettoman omaisuuden hallintaan tarkoituksena kehoittaa myös skannausaineistojen haltijoita olemaan varovaisia. ”Hey, let’s be careful out there”

RIEGL VQ-820-GU lennokissa

Miten sitä niitä vedenalaisia ranta-alueita oikein keilataankaan? RIEGL  ja Schiebel saavat kauko-ohjatun skannauksen miehittämättömällä lennokilla – tässä tapauksessa helikopteri – näyttämään niin helpolta. Ranta-alueiden lisäksi keilain skannaa siis myös maanpäällisen topografian ja vaikkapa puuston samalla kertaa, kuten videon kuva-aineistosta näkee.

 

 

3D-skannerien kalibrointi ja huolto

Skannerien hankinnan yhteydessä, esimerkiksi kilpailutuksissa, tulee säännöllisin väliajoin esille skannerin huolto- ja kalibrointikysymykset. 10 pistettä ja papukaijamerkin saa ilmoittamalla eli ”hieman omaatuntoa venyttämällä”, että skannerit huolletaan Suomessa.

Tarjouskilpailua valmisteltaessa olisi siis mietittävä, onko kyseisellä huoltopykälällä minkäänlaista todellista arvoa muuta kuin koko kilpailutuksen vaarantaminen? Toisin sanoen, onko pulssi/vaihe-erotekniikkaisten skannerien huolto ja kalibrointi yleensä mahdollista Suomessa joko maahantuojan hoivissa tai jossain muussa kaupallisessa palvelussa? Vastaus : Suomessa ei tällä hetkellä ole maalaserskannerien kalibrointimahdollisuutta. Täten myös laitteiden huolto on hiukan hankalaa, sillä monet operaatiot vaativat lopuksi laitteen kalibroinnin. Kaikissa Suomen huolloissa skannerin mahdollinen vika analysoidaan tarkemmin kun laite saadaan asiakkailta ja tämän jälkeen tehtailta saadaan toimintaohjeet vian korjaamiseksi. Yksinkertaisinta on, jos tilanteesta selvitään firmware-päivityksellä. Kaikki laitteen avaamiseen johtavat operaatiot vaativat todennäköisesti kalibroinnin, joten laite on lähetettävä tehtaalle. Esimerkiksi Rieglin kohdalla skannerin hyvä suojaus (IP 64) merkitsee vielä sisusten typpihuuhtelua jos laitteen kuoret on avattu.

Miksi skannerien huolto- ja kalibrointitilanne on tällainen? Kyseessä on puhtaasti taloudellinen ratkaisu, sillä vaadittavaa tietotaitoa voisi maailmalta yrittää ostaa. Stabiilin kalibrointikentän rakentaminen sen sijaan maksaa seitsemännumeroisen summan, joten ihan joka tyttö/poika tai joka maa ei sellaiseen toimintaan ryhdy. Itse asiassa emme tiedä maailmalla yhtäkään kaupallista, tehtaiden ulkopuolista kokonaiskalibrointipalvelua skannereille. Esimerkiksi USA:n National Institute of Standards and Technology (NIST), tarjoaa ainostaan skannerien etäisyysmittausten kalibrointipalvelua kalibrointiradallaan, mutta sillä ei pitkälle pötkitä haluttaessa saada laitteen kaikki arvot kohdalleen tai todeta poikkeama oletetusta.

Skannerien lisäksi sama kuvio koskee myös monimutkaisia uusia takymetrejä, joissa korjaus on tyypillisesti keskitetty tehtaille tai laitevalmistajan suuriin huoltokeskuksiin eri mantereilla. Kaikkien takymetrien kohdalla tilanne on kalibroinnin osalta siinä mielessä vielä jokseenkin surkuhupaisa, että TKK:n vanha 80-metrin kalibrointirata jäi pois käytöstä muutama vuosi sitten, koska sen tilalle piti saada Aalto-yliopiston päärakennuksen uudet ilmastointilaitteet. Nyt kalibrointipalvelua tarjoaa esimerkiksi Mikes 30-metrisellä radallaan, mutta ainakaan viime vuoden puolella kojeiden etäisyysmittausta ei kalibroitu absoluuttisesti, vain suhteellisesti. Taitaa olla niin, että kaikki viralliset, oikeaoppiset laboratoriokalibrointipalvelut sijaitsevat tälläkin alalla Suomen ulkopuolella.

Ottaen vielä huomioon, kuinka tarkasti laitteet nykyään mittaavat vain nappia painamalla, niin tarvitaanko tällaisia kalibrointipalveluita? Kyllä vaan, sillä kaikki elektroniset mittauslaitteet elävät ajan funtiona ja ryömivät vähitellen pois tehdassäädöistä. Sitten on laitteiden korjaustilanteet, joiden jälkeen voi esiintyä kalibroimistarvetta kuten yllä on kuvattu.

Kalibrointi jakautuu muuten oikeastaan kahteen pääosa-alueeseen, laboratorio- ja kenttäkalibrointiin. Laboratoriokalibroinnissa määritetään laitteen mittaustarkkuudet ihanteellisissa ja stabiileissa mittausolosuhteissa. Kenttäkalibroinnissa selvitetään muuttuvien ympäristö- ja lämpötilasuhteiden vaikutus laitteen mittaustarkkuuteen ja voidaan tehdä järjestelmäkalibrointia, jossa selvitään myös mittaajien osuutta mittaustulokseen. Takymetrien kohdalla löydettiin Tampereen vanhalla testikentällä laitteita, jotka saivat laboratoriotesteissa erinomaiset tulokset, mutta välittömästi tehty kenttäkalibrointi osoitti laitteiden olevan lähes käyttökelvottomia käytännön mittauksissa. Skannereiden kohdalla esimerkiksi RIEGL tekee laitteilleen tehtaalla sekä laboratorio- että kenttäkalibroinnin.

Suomessa on yksi huomattava kenttäkalibrointikenttä, joka sijaitsee Kirkkonummen Sjökullassa. Se on Geodeettisen laitoksen ilmakuvakameroille ja nykyään myös esimerkiksi ilmalaserkeilaimille suunniteltu testikenttä, jossa voidaan käytännössä tutkia laitteiden toimivuutta ja myös kehittää uusia kalibrointimenetelmiä tekniikkojen muuttumisen myötä. Kalibrointi- ja testikenttiä ei siis tarvita ainoastaan olemassa olevien laitteiden testaamiseen ja säätämiseen, vaan ne ovat myös perusta uuden kehittämiseen.

Zürichin kantoninpolisiisi käyttää Riegl VZ-400 skanneria monipuolisesti onnettomuus- ja rikospaikkatutkimuksessa.

Zürichin kantoninpoliisi käyttää Riegl VZ-400 skanneria monipuolisesti onnettomuus- ja rikospaikkatutkimuksessa. Kuvalähde: RIEGL

Avainsanat: ,

RIEGL LIDAR 2013

Early Bird -ilmoittautuminen RIEGL LIDAR 2013 -käyttäjäpäiville päättyy tammikuun lopussa, joten Riegl-skannerin omistajat ja käyttäjät – kiirehtikää ilmoittautumaan edullisemmalla osallistumismaksulla.

RIEGL LIDAR 2013 -tapahtumassa voi tutustua perinpohjaisesti ilma-, mobiili- ja maalaserkeilaukseen sekä luonnollisesti eri tyyppisten aineistojen yhdistämiseen. Tänä vuonna skannaus ilma-aluksista (UAV) on myös keskustelun alla. Käyttäjien vertaistapaamisten lisäksi paikan päällä voi jutella Rieglin tuotekehittäjien kanssa ja kuulla tuoreita uutisia laite- ja ohjelmistotuotteista. Kuulemme myös arvioita siitä, mihin suuntaan RIEGL arvelee laserskannauksen kehittyvän.

Tilaisuus järjestetään 25.-27. kesäkuuta Wienin keskustassa, joten matka on myös helppo yhdistää kaupunkilomamatkaan yhdessä Euroopan kiehtovimmista pääkaupungeista.

RIEGL LIDAR 2013 on avoin myös Riegl-skannerin ostoa harkitseville, mutta siinä tapauksessa ottakaa meihin yhteyttä ennen ilmoittautumista. (p. 045 650 85 85)

Tervetuloa!

riegl_lidar_2013

UAV & laserskannaus

Tanskalaisfirma kunnostautui viime syksynä kuvauslennokilla (UAS) ja maalaserskannerilla tehdyssä kartoituksessa tulivuorenpurkauksessa vuonna 79 jaa tuhoutuneessa Pompejin muinaiskaupungissa – daeligt! Suomalainen työryhmä, EPUH, on tutkinut kaupungin korttelia IX 3 jo vuodesta 2002 alkaen tehden mittausdokumentointia takymetrilla ja lähifotogrammetrisesti. Viimeiselle kenttätyökaudelle paikan päälle saapui tanskalainen kartoitusalan yritys tavoitteenaan kuvata kortteli hyvin matalalta ja samanaikaisesti skannata noin 160 huoneen kokonaisuus Faro Focus3D -laserskannerilla. Työn alustaviin tuloksiin voi tutustua täällä (linkki vasemmalla) ja itse kohteesta voi lukea lisää Tieteen Kuvalehti Historian uusimmassa numerossa.

Pompei Aerial Survey projektin kuvauskopteri ja oikealla kameran kalibrointikenttä Marcus Lucretiuksen talon atriumissa.

Pompejin ilmakartoitusprojektin kuvauslennokki ja oikealla kameran kalibrointikenttä Marcus Lucretiuksen talon atriumissa. Kuten kuvasta näkyy, kohteessa on korkeita seiniä ja osittain myös kattoja, joten maasta tapahtuvaa kuvausta/skannausta on pakko käyttää koko kohteen kartoituksessa.

Paikannusta, paikannusta!

Paikannus ja navigointi ovat olleet kovassa kurssissa jo muutaman vuoden, sillä perinteisten alojen lisäksi mobiililaitteiden sovelluskehittäjät ja käyttäjät tarvitsevat parempaa sijaintitietoa erilaisille sovelluksille. Tarpeita on sekä sisä- että ulkopaikannuksessa.

Kaikenlaista uutta tuntuu olevan tulossa hurjasti, kunhan vain tietäisi mitä näistä jää tulevaisuudessa jäljelle. Satelliittipaikannuksen saralla tulevaisuudessa taivaalla on jopa 130 paikannussatelliittia, jos kaikki tämänhetkiset suunnitelmat toteutuvat. Esimerkiksi Kiinalaisessa BeiDou Satellite System (BDS) järjestelmässä on tällä hetkellä 6 toimivaa satelliittia ja tulossa on vielä 40 kappaletta. Joulukuun lopulla Kiina ilmoitti avaavansa globaalin satelliittinvigointijärjestelmänsä (GNSS) myös kaupallisille toimijoille ilmoittaen tavoittelevansa 70-80% osuutta Kiinan kotimarkkinoista. Tällä hetkellä amerikkalainen GPS hallitsee Kiinassa kuten muuallakin.

On mielenkiintoista nähdä, miten EU:n vastaava Galileo-järjestelmä lähtee toimimaan taloudellisesti, sillä EU:n tarkoituksena on veloittaa kaupallisia toimijoita kaiken tarkimman korjaussignaalin käytöstä. Samaan aikaan siis GPS, GLONASS ja BDS näyttävät tarjoavan samaa dataa ilmaiseksi, ajatuksena paikannusteollisuuden miljardimarkkinat ja sitä kautta verotulot järjestelmien rakentajille.

Satelliittipaikannus ei toimi sisätiloissa tai veden alla, joten suuri osa maailmaa on vielä tarkan paikannuksen ulkopuolella. Sisätilapaikannus on mobiilisovellusten takia se voimakkaimmin kasvava paikannuksen ala. Mutta, mutta, haasteita riittää. ETH:n tohtori Rainer Mautz tiivistää dosenttitutkimuksessaan sisätilapaikannuksen perusvaatimukset massamarkkinoilla:

  • XY-sijaintitarkkuus  1 m
  • kerroksen tunnistaminen (korkeustarkkuus)
  • kattava peitto
  • >99 % saatavuus
  • minimaalinen asennus- ja ylläpitokustannus

Tällä hetkellä kaikki mainitut kohdat ovat kovan työn takana, mutta tarjokkaita alalle on siis tungokseen asti. Listataanpa niistä muutamia:

– Nokian johtama In-Location Alliance lupailee jopa 20 cm XY-paikannustarkkuutta, mikä on tällä hetkellä hämmästyttävä suoritus. High Accuracy Indoor Positioning (HAIP)  perustuu Bluetooth 4.0:n matalaenergiapiirteen käyttöön.

– eurooppalainen yritysjätti BAE Systems kehittää hybridiä NAVSOP-järjestelmää, jolle lupaillaan muutaman metrin paikannustarkkuutta. Järkevästi systeemi hyödyntää erilaisia olemassa olevia signaaleita kuten TV, radio, Wifi, kännykät yms. paikannukseen.

– suomalainen IndoorAtlas hyödyntää maan magneettikenttää paikannuksessa. Kartoittajille hyödyllisesti paikoituksessa tarvitaan myös rakennuksen pohjakarttaa😉

– ruotsalainen SenionLab hyödyntää suoraan kännyköiden sisältämiä antureita.

Qualcomm iZat-alustassa hyödynnetään myös hybridiratkaisuja eli laitteiden antureita ja WLAN-verkkoja.

Oma lukunsa on tietysti yhtiöt, jotka rakentavat sisätilapaikannukseen lisäinfraa, kuten radiolähetinjärjestelmän, joiden avulla paikannustarkkuus paranee. Mutta näiden järjestelmien käyttö ja ylläpito maksaa jo sen verran, että massojen käyttöön niistä ei vielä ole. Sen sijaan yrityskäytössä kuten kaivoksissa niille löytyy luonnollisesti käyttöä. Esimerkiksi australialainen Locata on päässyt radioilla samaan 20 cm paikannustarkkuuteen kuin Nokia Bluetooth-tekniikan avulla, mutta on hyvä kysymys mikä on radiotaajuuksien häiriöherkkyys.

Sisätilapaikannuksen tämän hetkinen tilanne jättää siis vielä paljon tilaa sekä tekniikan kehittäjille sekä palveluntarjoajille, sillä hajanaisessa tekniikkakentässä yksikään tekniikka ei ole ylitse muiden. Vedenalaisen maailman paikannuskuviot ovat sitten vielä oma taiteen lajinsa. Maailma ei ole vielä valmis.

Avainsanat: , , , ,

Lumen ja jään mittaus

Lumisen uuden vuoden kunniaksi aloitamme vuoden pohtimalla lumi- ja jääpeitteiden mittausta – aina niin ajankohtaista aihetta sekä normaalissa lumitilanteen seurannassa että ilmastonmuutoksen olemusta miettiessä.

Lumikerroksen paksuutta mitataan esimerkiksi pistemäisesti kiinteissä mittausasemissa ympäri maailmaa, mutta paljon kattavampaa tilannekuvaa saadaan seuraamalla laajoja alueita aktiivisen ja passiivisen kaukokartoituksen keinoin. Lumi ja jää ovat muuten optisen mittauksen kannalta inhottavia mittauskohteita, sillä ne voivat olla hyvin huokoisia pintoja, joihin mittaussäde saattaa tunkeutua varsin syvälle ja sama ongelma on muuten pitempää aallonpituutta käyttävissä tutkapohjaisissa mittauksissa. Toinen ongelma on erottaa lumi ja jää toisistaan sekä luonnollisesti maanpinnasta. Joka tapauksessa koko maapallon lumitilannetta seurataan esimerkiksi NASA:n Terra (maa) ja Aqua (vesi) satelliitteihin asennetuilla MODIS-sensoreilla, joiden avulla tilannetta mitataan 1-2 vuorokauden välein. Tässä esimerkkikuva Balkanin lumitilanteesta Tapaninpäivänä 2012.

MODIS antaa lumitilanteesta hyvän kokonaiskuvan, mutta sen resoluutio ei riitä yksityiskohtien seuraamiseen. Niinpä jäätiköitä ja lumipeittoja, erityisesti niiden muutoksia, seurataan myös lentokoneista ja maasta tehtävin mittauksin esimerkiksi laserkeilaamalla. Ilmalaserkeilauksen käytöstä jäätiköntutkimuksessa kirjoitimme jo aikaisemmin syksyllä, lue blogi täällä. Maa- tai mobiililaserkeilausta voi puolestaa käyttää aivan vastaavalla tavalla mittaustulosten tarkentuessa mutta mittausalueiden tyypillisesti pienentyessä vaikkapa laskettelurinteiksi tai pienemmiksi jäätiköiksi.

Koska skannereissa on tyypillisesti käytössä vain yksi aallonpituus, niin laitevalinnassa on kiinnitettävä huomiota siihen, miten lumi- ja jää heijastuvat kyseisellä aallonpituudella. Muuten mittausmatka saattaa jäädä liian lyhyeksi. Totuus ei luonnollisesti ole näin yksinkertainen, sillä lumen ja jään monet muut ominaisuudet kuten lämpötilä ja vesipitoisuus vaikuttavat myös huomattavasti mittausmatkaan. Otetaanpa esimerkiksi kuivan lumen heijastuminen eri aallonpituuksilla:

Kuivan lumen heijastavuus on merkitty sinisellä käyrällä.

Kuivan lumen heijastavuus on merkitty sinisellä käyrällä. Kuva: Riegl

Monet Rieglin skannerit toimivat silmäturvallisella 1,5 μm aallonpituudella, jolla maanpinta saadaan mitattua hyvin. Mutta haluttaessa erityisesti mitata lunta ja jäätä, on kehitetty näiden mittaamiseen paremmin soveltua malleja kuten VQ-580 ja pitkän matkan maalaserskanneri VZ-6000, joissa käytettävä aallonpituus on 1064 nm.

Käytettävän laserin aallonpituuteen vaikuttavat monet tekijät, joista mittaajan kannalta on tärkeätä miettiä mitattavaa kohteen heijastusominaisuuksia. Valmistaja pohtii tämän lisäksi myös muunmuassa lasereita koskevaa turvallisuuslainsäädäntöä sekä eri lasereiden saatavuutta ja hintaa. Mittauksen kannalta ei myöskään sovi unohtaa häiriötekijöitä, joista esimerkkinä alla olevassa kuvassa näkyvä auringon taustasäteilyn vaikutus ilmakehässä. Taustasäteily olisi siis hyvä minimoida ja toisaalta, eri aallonpituuksien fotonit imeytyvät eri tavoin tavoin ilmakehään.

Auringon aina läsnäolevan taustasäteilyn voimakkuus eri aallonpituuksilla.

Auringon aina läsnäolevan taustasäteilyn voimakkuus eri aallonpituuksilla. Kuva: Riegl

Lopuksi esimerkkikuva siitä, miten pitkiltä etäisyyksiltä Riegl VZ-6000 -skannereilla voidaan mitata kuivaa lunta ja märkää jäätä:

Riegl VZ-6000 -laserskannerin mittausmatkat kuivaan lumeen ja märkään jäähän.

Riegl VZ-6000 -laserskannerin mittausmatkat kuivaan lumeen ja märkään jäähän. Kuva: Riegl

Käytetyllä 1064 nm aallonpituudella kuiva lumi heijastaa erittäin hyvin, mutta märkä jää on jo huomattavasti heikompi heijastaja, vain hiukan kuivaa asfalttia parempi. Kuitenkin tällä skannerilla märkää jäätä voidaan mitata heikommissakin näkyvyysolosuhteissa (oranssi käyrä, 5 km) yli 2 km etäisyydeltä ja näkyvyyden parantuessa (sininen viiva, 23 km) saavutetaan yli 4 km mittausmatkoja. Ei hullumpaa!

Joulutarina GT-formaatista

Suomalaisessa maanmittausmaailmassa on jo yli 25 vuotta kukoistanut siirtoformaattina GT, johon viitataan usein myös Tielaitoksen formaattina. Tässä GT:n lyhyt historiikki niille, jotka eivät tunne kyseisen tiedostomuodon alkuperää.

Kauan aikaa sitten, aikojen alussa, takymetreihin oli saatavilla hyvin vähän ohjelmia, mutta eri maissa ryhdyttiin heti koodaamaan sovelluksia kun siihen tuli mahdollisuus 1980-luvulla. Suomessa syntyi tässä vaiheessa GT-ohjelmisto, jonka vuokaavion Hannu Heinonen hahmotteli joulun pyhinä 1986. Tällöin ”hitaat aavistukset” ja kokemukset käytännön mittauksesta, opetuksesta, laitemyynnistä ja eri alan asiakkaiden mittaustarpeista kulminoituivat uuden luomiseen.

GT-formaatti syntyi osana vuokaavion suunnittelua, koska lähtöajatus oli mittatiedon sujuva tiedonsiirto sen ajan tärkeimpiin jatkokäsittelysovelluksiin, joista vastasivat Kunnallistieto Oy (nyk.Logica) ja Teknillinen laskenta Oy (nyk. Tekla). Molempien ohjelmissa oli käytössä 4 eri pituista ja eri järjestyksessä olevaa koodikenttää, jotka sisälsivät kaupunkinosan (T1), korttelin (T2), pistenumeron (T3) ja maastokoodin (T4).  Näiden ohjelmien pisimmät kentät olivat 7 merkkisiä, joten Hannu päätyi 8 merkin pituisiin kenttiin. Näin molempien ohjelmien tiedot voitiin lukea GT:hen kentän pituudesta huolimatta ja päinvastoin eli GT mahdollisti ensimmäisenä myös tiedonsiirron eri ohjelmien välillä.

GT-ohjelmiston eri osia. Ajatus oli aikoinaan vallankumouksellinen: kaikki mittaukset ja laskennat voitiin tehdä kentällä ja työn lopussa oli mahdollista tulostaa vaikka valmis kartta.

GT-ohjelmiston eri osia. Ohjelma oli aikoinaan ”häiritsevä” keksintö olemassa olevaan tekniikkaan nähden: kaikki mittaukset ja laskennat voitiin tehdä kentällä ja työn lopussa oli mahdollista tulostaa vaikka valmis kartta.

Kun formaattiajatus oli valmis, niin se toimi alkuna maastomittausohjelman suunnittelulle. Ohjelman tarkoituksena oli mittaajien käytännön työn tarpeiden nopeuttaminen ja helpottaminen. Päällimmäisenä ajatuksena oli myös yhteensopivuus 3D-suunniteluun ja CAD maailmaan, joka juuri teki tuloaan myös tien- ja katujen suunnitteluun.  Hannun visiona oli kehittää  ”objektiorientoitunut, reaaliaikainen 3D-mittausohjelmisto”. Tämä tarkoitti sitä, että maastotietokoneen muistiin ladattiin olemassa oleva kiintopisterekisteri, maastoon merkittävien pisteiden tiedosto CAD’istä tai kaavalaskennasta ja tiegeometriatiedostot parametritiedostoineen. Takymetri orientoidaan koordinaatistoon ja kaikki mittaukset tehdään suoraan kohteen (objektin) koordinaatistossa, olipa sitten kyseessä maantieteellinen tai paikallinen vaakatasokoordinaatisto tai teollisuusmittauksen mielivaltaisessa asennossa oleva koordinaatisto. Mittauksen aikana syntyi myös loki, johon tallentui mittauksen tapahtumat niin, että sitä voitiin käyttää jälkikäteen työn oikeellisuuden todentamisessa. Maastossa GT mahdollisti helpon ja nopean tavan kartoittaa ja mitata 3D-maastomalli symboleineen, pisteineen ja viivoineen samanaikaisesti. Kuullostaako tutulta?

1987 alussa Hannu palkkasi ensimmäisen ohjelmoitsijan, Markku Salorannan, joka aloitti ohjelman koodaamisen Hannun ohjelmarungon perusteella.  Syyskesällä ohjelmaa päästiin jo testaamaan maastomallimittauksissa ja ohjelmaa kehitettiin alusta alkaen käyttäjälähtöisesti testiryhmien palautteen perusteella. Vuoden lopulla ohjelmistosta ja takymetrijärjestelmästä saatiin ensimmäiset tilaukset. Ohjelman kehitystä jatkettiin vuosien ajan, vaikka takymetrimerkit vaihtuivat ja eräs versio myytiin Japaniin Nikonille. Loppujen lopuksia ohjelmalisenssejä myytiin yli 2200 kappaletta erityisesti Pohjois-Eurooppaan, mutta myös Kairon kaupunki osti niitä Egyptiin. Suomessa jo edesmennyt Tielaitos otti formaatin ja mittausohjelmat myös käyttöönsä, josta johtunee GT:n toinen nimi: Tielaitos-formaatti.

GT toimi aluksi ulkoisessa GeoNic/MicroNic-maastotietokoneessa. Vuonna 1988 Hannu teki sopimuksen uuden takymetrin kehittämisestä Nikonin kanssa, joten vuoden 1993 jälkeen GT toimi suoraan Nikonin ja myöhemmin Zeissin takymetreissä. Tämä monipuolisti ja nopeutti mittausta. Sittemmin tämä mahdollisuus suljettiin pois ja tyypillisesti takymetrit eivät ole vielä tänä päivänäkään avautuneet kunnolla uudestaan ulkopuolisille ohjelmille. Näin valmistajat voivat toisaalta suojata omaisuuttaan ja kilpailukykyään, mutta suljetut systeemit on loppujen lopuksi vaikea pitää hengissä pitkällä tähtäimellä. Steven Johnsonin sanoin: ” Suljettujen ympäristöjen ongelmana on, että ne estävät onnekkuutta ja pienentävät ongelmaa potentiaalisesti selvittävien mielten verkostoa”.

Kun käyttäjät ja ulkopuoliset sovelluskehittäjät pääsevät prosessoimaan suoraan raakadataa ja ohjelmoimaan suoraan omia sovelluksiaan laitteisiin, niin niiden käyttö yleensä monipuolistuu eri tarpeiden mukaan ja näin luodaan uutta kysyntää. Sellainen kehitys olisi myös suotavaa laserskannerien puolella, mutta osa laitteista pysyy tiukasti suljettuna. Onneksi avautumistakin on, sillä esimerkiksi Rieglin skannereihin voi ohjelmoida oman käyttöliittymäsovelluksen ja niiden tuottamaa täyden aallonmuodon dataa voi prosessoida halutessa itse. Faro puolestaan tarjoaa SDK:n ulkopuolisille ohjelmistokehittäjille. Kokonaisuudessaan ulko- ja sisäpaikannus sekä laserskannausmaailma ovat kehittyviä aloja sekä laiteiden, ohjelmien että palveluiden osalta, joten sinäkin, hyvä lukija, voit ideoillasi muokata tulevaisuutta.

Hyvät lukijamme, GT:n tarinan siivittämänä toivotamme teille hyvää, rentouttavaa ja idearikasta Joulua sekä menestyksekästä Uutta Vuotta 2013!

Avainsanat: , , ,

Kartoitusta, vakoilua ja arvoketjujen muuttumista

Globaalissa kartoitusmaailmassa kuhisee: kaupallisen kartoituksen suurtekijät Nokia ja Google kilvoittelevat kumpi ehtii ensin kartoittamaan maapallon paikkatietopalvelujensa pohjaksi. Samaan aikaan OpenStreetMap luo vapaata ja avointa maailmankarttaa, jota tehdään vapaaehtoisvoimin eri maissa. Ja kuin pisteenä i:n päälle Unkarissa suunnitellaan lakia tarkemman ilmakuvauksen rajoittamiseksi miltei täysin. Quo vadis agrimensor?

Kuten aina, niin myös nykytilanteessa soppaan sekoittuu monia tekijöitä kuten esimerkiksi maailmanlaajuinen yritysten arvoketjujen uusjako, karttatietojen avoimuus ja perinteinen poliittinen valtapeli: valta on edelleenkin tarkan karttatiedon haltijoilla. Lähdetäänpä liikkeelle kaupalliselta sektorilta.

Googlen kartoitussuunnitelmat ovat kunnianhimoiset, kuten tuoreessa The Guardian-lehden haastattelussa selviää. Vielä vuonna 2008 Googlen kartat tehtiin talon ulkopuolella, mutta hidas päivitystahti – tyypillisesti virheen korjaaminen kesti 6 – 18 kk – johti karttojen tuottamiseen talon sisällä. Nyt Google tuottaa 3D-karttaa huimaan tahtiin ja Google Mapsissä on lähes 45 miljoonaa kilometriä teitä, luontokohteita ja kasvavassa määrin myös sisätiloja. Google luo ja päivittää yhtiönä omia karttojaan, mutta samalla se käyttää vapaaehtoista talkoovoimaa varsinkin muutoksenseurannassa ja päivitystyön tekemisessä. Vapaaehtoisten työtä voi jopa seurata reaaliajassa Googlen MapMaker-palvelussa. Paikkatiedon tuottaminen on huima lisä Googlen arvoketjuun, koska paikkatietoon sidottujen hakujen määrä kasvaa koko ajan. Eipä tarvitse maksaa ulkopuolisille ydintuotteesta. Varjopuolena on valtioiden ja yksityisten ihmisten huoli tietoturvasta ja yksityisyydestä, joten esimerkiksi Google StreetView on Saksassa erittäinen kiistanalainen palvelu.

Nokia siirtyi kartoittamisen raskaaseen sarjaan vuonna 2007 ostamalla alan ison yrityksen Navteqin. Kilpailu Googlen kanssa on kova, mutta näin ulkopuolelta katsottuna kartoitusmenetelmät ovat pääosin samat. Esimerkiksi molemmat käyttävät laserskannerin sisältäviä mobiilimittausjärjestelmiä – tästä esimerkki Navteq True -mainosvideossa. Nokia on hankkinut hiljan myös mobiiliin stereokartoitukseen erikoistuneen Earthmine-yhtiön ilmeisesti Google StreetView:n kilpailijaksi. Joukkoistamisessa Google näyttää sen sijaan kulkevan omia, tehokkaampia polkujaan.

Molemmat yhtiöt tekevät sinänsä tehokasta kartoitusta, mutta tuotetun karttatiedon käyttö tapahtuu luonnollisesti niiden ehdoilla – kysymys ei ole hyväntekeväisyystoiminnasta. Tästä syystä valtioiden tarve omaan kartoitustoimintaan julkisten karttojen tekemiseksi ja päivittämiseksi ei suinkaan ole kuollut. Koska kansallisen kartoituksen päivittämistahti ja käyttäjäehdot ei ole kaikkien käyttäjien mielestä riittäviä, niin on olemassa myös talkooperiaatteen nojautuva OpenStreetMap-projekti, jolla on myös Suomessa muutama kymmenen aktiivitoimijaa. Tässä projektissa kartoitus tehdään pääosin GPS:n avulla, mutta Suomessa Maanmittauslaitoksen avoimet datat antavat myös valtavan määrän pohjatietoa projektiin.

Kannattaako kartoitusfirmojen huolestua Googlen, Nokian tai vaikkapa OpenStreetMapin puuhista? Kyllä ja ei. Jossain määrin suuren yleisön keskuudessa on syntynyt mielikuva, että maailma on jo mitattu ja paikallisia tekijöitä ei enää tarvita. Googlen toiminta vaikuttaa monien mielestä suorastaan hyväntahtoiselta, sillä kehittymättömissä maissa ihmiset voivat kartoittaa viimein omia lähiympäristöjään. Loppujen lopuksi maailman kartoitusurakka päivityksineen on kuitenkin niin suuri, etteivät edes isot toimijat kerkiä kaikkialle ja todella syrjäiset seudut eivät niitä edes kiinnosta. Oman ongelmankenttänsä muodostaa myös tuotetun paikkatiedon epäyhtenäisyys sekä vaihteleva sisäinen ja ulkoinen tarkkuus. Esimerkiksi Googlen Maps ja Earth-palveluissaan käyttämän korkeustiedon tarkkuus vaihtelee alueittain, joten tarkan suunnittelun pohjaksi aineistoista ei siis vielä ole.

Miten otsikossa mainittu vakoilu puolestaan liittyy karttojen tuottamiseen? No, Unkarissa suunniteilla oleva lakiesitys tarkan ilmakuvauksen rajoittamisesta tuntuu ensitietojen perusteella nojautuvan tarpeeseen salata maan strategiset kohteet ulkopuolisilta silmiltä. Tosin näinä maailmanaikoina on vaikeaa palata menneeseen ja estää korkearesoluutioista ilmakuvaamista, sillä myös kaupallisten satelliittikuvien resoluutio on nykyään niin hyvä. Esimerkiksi kymmenen vuotta sitten Kreikassa allekirjoittaneen oli vaikea saada käsiinsä ilmakuvia, mutta ongelmasta selvisi ostamalla jo silloin laadukasta satelliittikuvaa ulkomailta. Satelliittikuvauksen ollessa ylikansallista toimintaa Unkarin mahdollisesta kiellosta kärsisivät todennäköisesti lähinnä paikalliset pienyritykset.

Vakoilu ja kartoittaminen tarjovat lopuksi oivan aasinsillan palauttaa mieleen mikkeliläinen Kyyhkylän kartanon isäntä Otto Carl von Fieandt, jota 1700-luvun lopulla pidettiin Ruotsi-Suomen etevimpänä sotilastiedustelukarttojen tekijänä. Tätä aihepiiriä hän opetti Haapaniemen sotilaskoulussa ja julkaisi 1804 kirjan ”: Om sättet att rita militäriske cartor och att med säkerhet urskiljä föremålen, som i dem bör utsättäs”.

1700-luvun maanmittari työssään. Lähde: Wikimedia. Johann Heinrich von Denffer und Mitarbeiter bei der Landvermessung

1700-luvun maanmittari työssään. Lähde: Wikimedia. Johann Heinrich von Denffer und Mitarbeiter bei der Landvermessung

Ilmeisen näppäränä miehenä Otto Carl säästyi jopa kuolemantuomiolta Anjalan liiton jälkipyykeissä, koska hän ei nykypolitiikkojen ja yritysjohtajien tapaan kuulusteluissa ”muistanut” mitään kapinayrityksestä kuningasta vastaan. Melkein heti vankilasta vapautumisen jälkeen vuonna 1789 Kustaa III lähetti Otto Carlin ja ruotsalaisen Carl Fredrik Königin kartoittamaan Seine-joen laakson Le Havresta Pariisiin, sillä Kustaan kunnianhimoinen suunnitelma oli palauttaa Ranskan vallankumouksessa syrjäytetty kuningas Ludvig XVI ja kuningatar Marie Antoinette takaisin valtaan. von Fieandt ja König todellakin toteuttivat jännittävän kartoitusretken, mutta Ruotsin sotajoukot eivät koskaan lähteneet Ranskaan. Koko tarinan voi lukea Königin jälkeläisen Thorsten Sandbergin julkaisemasta kirjasta Gustav III:s Spioner (Historiska Media, 2006), joka perustuu Königin päiväkirjamerkintöihin. Mahdollisesti jo ensi kesänä Kyyhkylässä voi puolestaan tutustua von Fieandtin ja Königin piirtämän kartan kopioon.

ELMF 2012 @Salzburg

Loppuvuoden mielenkiintoisin tapahtuma 3D-laserskannauksen saralla on Salzburgissa 4.-5. joulukuuta järjestettävä European Lidar Mapping Forum – ELMF 2012. Vain ja ainoastaan laserskannaukseen keskittynyt tapahtuma kerää paikalle kaikki laite- ja ohjelmistovalmistajat ja nähtävillä on siis laaja valikoima maa-, ilma- ja mobiiliskannereita ohjelmistoineen. Intergeon ohella ELMF lienee paras paikka Euroopassa lyödä monta kärpästä yhdellä iskulla ja saada rautaisannos laserskannaustietoutta.

ELMF

Messujen ohella ohjelmassa on valmistajien työpajoja, joissa voi tutustua tarkemmin vaikkapa IXsean uuteen Atlans-inertianavigointijärjestelmään tai Rieglin tehokkaaseen VMX-450 liikkuvaan kartoitusjärjestelmään.

Alan toimijoiden kannalta ELMFin mielenkiintoisin osio voi kuitenkin olla konferenssi, jonka esitysten kautta pääsee näkemään mitä muut yritykset puuhaavat. Vertaisarviointia, verkostoitumista ja oman ideapakin kehittämistä siis! Tänä vuonna me voimme ilolla todeta, että asiakkaamme VR Track Oy esittelee osallistujille laserskannaustoimintaansa esimerkkitapauksena Helsingin ja Turun välisen rantaradan tunnelit – kalustona Rieglin skanneri. Tunneleita on pakko seurata vuoden ympäri, sillä vuodenaikojen vaihtelu – varsinkin talvi – aiheuttaa helposti erilaisia muutoksia rakenteissa.

On hienoa nähdä suomalaisia yrityksiä mukana näillä areenoilla. Onnea esitykseen!

3D-streamausta gexcel R3:n avulla

Näinä päivinä ohjelmistotalot esittelevät kilvan ratkaisuja aineistojen jakamiseen internetin välityksellä, jotta yhteistyö aineistojen eri käyttäjien välillä olisi helpompaa. Tähän pyritään luonnollisesti myös 3D-pistepilvien käsittelyssä, vaikka aineistot ovat suuria – helposti jopa gigatavujen kokoisia. Globaalissa työympäristössä tilanne voi näet olla seuraavassa kuvassa esitellyn kaltainen:

Gexcel_streaming

Tehdäkseen pistepilvet helpommin saavutettaviksi, italialainen ohjelmistovalmistaja gexcel on lähtenyt pistepilvien jakamisratkaisussaan harvinaisemmalle 3D-streamauksen linjalle. Tällöin tyypillisen 2D-projektion sijaan käyttäjät voivat tarkastella pistepilviä suoraan 3D-näkymässä. Tämä on mahdollista käyttämällä gexcelin kehittämää R3 pistepilvimoottoria ja R3Xtream-tekniikkaa, jotka tuovat pistepilvet myös iOS ja android-pohjaisiin älypuhelimiin ja tablet-tietokoneisiin.

Lähtökohtana käytetään R3-ohjelmassa luotuja solid-kuvia, joissa voidaan verkon välityksellä myös tehdä ja tallentaa mittauksia. Pistepilvien varsinainen analysointi tehdään Gexclin JRC Reconstructor ja R3-ohjelmistoissa, joiden etuna on monipuolisuuden lisäksi yhteensopivuus usean eri skannerivalmistajan kuten Faron ja Rieglin formaattien kanssa.

Miten SolidImage Streaming-ohjelma toimii? Katso Gexcelin esimerkkivideo täällä. Kohteena on Kapernaumista esiin kaivettu Pietarin talo, jonka aineistossa on nähtävissä 600 miljoonaa valokuvilla värjättyä pistettä.

Lisätietoja Gexcelin ohjelmista Nordic Geo Center Oy:n sivuilla

Avainsanat:

Spatiaalinen rannikonmuutos & ilmalaserkeilaus

Marraskuun alussa USA:n itärannikolle iskeneen Sandy-hurrikaanin vahinkoja arvoidaan kovaa vauhtia. Koska vahingoittunut alue on erittäin laaja, niin erilaiset kaukokartoitusmenelmät satelliittimittauksista lentokoneesta/helikopterista tehtyihin ilmakuviin ja ilmalaserskannauksiin ovat luonnollisesti ykkösvalintoja työn tekemiseksi. Pikkulennokkien käyttö eivät oikein istu tällaisiin kuvioihin, sillä tuhoalueille pitäisi ensiksi päästä – tiet olivat poikki ja sähköjä ei ollut päiväkausiin – ja lisäksi kartoitettavat alueet ovat suuria. Isot miehittämättömät lennokit, jotka kantavat tehokkaan laserkeilaimen, ovat taas niin hintavia, ettei kustannussäästöjä helikoptereihin ja lentokoneisiin nähden taida oikein syntyä.

Yhdysvalloissa paikallinen geologinen tutkimuskeskus USGS kävi ilmalaserskannaamassa pahimman tuhoalueen keskellä olevan Fire Islandin marraskuun 5. päivänä. Tuloksia verrattiin ennen myrskyä tehtyihin mittauksiin ja tuloksena ollaan saamassa tukku uutta tietoa rannikon muutoksista. Seurannalla voidaan tehdä päätelmiä muun muassa myrskyjen vaikutuksesta spatiaaliseen rannikonmuutokseen kuten rantojen eroosioon, dyynien siirtymiseen ja uusien saarien muodostumisen. Tulokset ovat tässä vaiheessa vielä alustavia, mutta hiekkaa on selkeästi siirtynyt metrikaupalla rannasta sisämaahan tai se on huuhtoutunut kokonaan pois. Katsopa ennen ja jälkeen kuvasarjat USGS:n sivuilta.

Mielenkiintoinen on myös USGS:n arvio, että tuhoa pahensi merenpinnan nousu. Vuoden 1962 edellisestä suuresta myrskystä merenpinnan korkeus on noussut runsaat 20 cm, joten merivesi ulottuu nyt laajemmille alueille noustessaan.

Mitenkähän myrskyssä kävi Delawaren rannikolla sijaitsevalle keinotekoiselle riutalle? Red Bird -riutta on luotu käytöstä poistetuista metrovaunuista (n. 700 kpl), joiden avulla on luotu kaloille ja kasvillisuudelle superhedelmällinen alusta. Riutan toinen tarkoitus hidastaa eroosiota.

Rannikon eroosio on iso ongelma myös ilman katastrofaalisia myrskyjä ja rannikon muutoksia seurataan erilaisin keinoin myös Suomessa. Tästä löytyy hyvä selvitys ja animaatio Geodeettisen laitoksen sivuilta. Meillähän maa nousee länsirannikolla, mutta maissa, joissa maata menetetään merelle vuosittain, tilanne on luonnollisesti vakavampi asukkaiden kannalta. Näin käy esimerkiksi Englannissa, jonka itärannikko katoaa Pohjanmereen kovaa vauhtia. Tilastollisesti laskettuna keskimääräinen muutosvauhti vuosien 1852-2010 välisenä aikana on 1,27 metriä vuosittain. Tilaston takana on vaihtelevia mittausmenetelmiä, sillä aluksi muutosta seurattiin karttakäyrien muutoksena, vuodesta 1951 alkaen muutamalta pysyvältä mittausasemalta, 1999 alkaen pistemäisesti GPS-mittauksin ja vuodesta 2009 alkaen ilmalaserkeilaamalla.

Englannin itärannikkoa seurataan myös maalaserkeilauksen avulla, kuten tässä Englannin geologisen tutkimuskeskuksen videossa näkyy. Rannikon pehmeä maaperä on eroosion lisäksi altis myös maanvyöryille, joita halutaan näin tarkkailla. Mittalaitteena on muuten Rieglin vanhempi, 6 km mittaava malli.

Vuosisatojen aikana kokonaisia kyliä on siis menetetty merelle. Katsopa tilannetta pelkästään Itä-Yorkshiressä täältä.

Lisätietoja:

Ilmalaserskannaus Nordic Geo Center Oy:n sivuilla: http://www.geocenter.fi/riegl/ilmalaserskannerit/ (sivun alaosassa)

Ilmalaserskannaukset Fire Islandilta: http://coastal.er.usgs.gov/hurricanes/sandy/lidar/

Sandyn opetukset: http://www.usgs.gov/blogs/features/usgs_top_story/shifting-sands-sandys-lessons-in-coastal-geology/

Tietoa eroosiosta ja kadonneista kylistä Itä-Yorkshiresta: http://urbanrim.org.uk/Holderness.htm sekä http://urbanrim.org.uk/erosion%20map.htm

Maannousu Suomessa: http://www.fgi.fi/fgi/fi/teemat/maannousu

Avainsanat: , ,

Nätti-Jussin jalanjäljillä

Olemme parhaillaan – epämuodikkaasti – Jyväskylässä kaivannaisalan ja maanrakennuksen messuilla FinnMateriassa. Kaivokset ovat nyt vastatuulessa, mutta kannattaa muistaa Suomessa olevan myös useita pitkään toimineita ja ympäristöasiansa vastuullisesti hoitavia kaivoksia. Pitkällä tähtäimellä kaivosten suunnittelua ei voi kuitenkaan kuin parantaa, sillä niiden vaikutus näkyy ympäristössä pitkään. Esimerkiksi Espanjassa ja Jordaniassa roomalaisajan kaivokset ovat edelleen näkyvissä saastuneena maaperänä – 2000 vuotta kaivostoiminnan jälkeen – ja kaivostoiminta on muokannut myös paikallista maisemaa rajusti.

Messuilla on nähtävillä niin isoja kaivoskoneista, että aikoinaan Aku Ankassa seikkaillut Nätti-Jussi suorastaan kalpenee niiden rinnalla.

Nähtävillä on myös Rieglin skannereita, jotka pitkän matkan mittalaitteina soveltuvat erinomaisesti isojen avolouhostosten, kasojen ja maastomallien mittaamiseen ja seurantaan. Talvivaaran tapahtumat ovat osoittaneet, että valuma-alueiden määrittämiseksi tarvitaan nykyistä huomattavasti tarkemmat maastomittaukset, joita skannereilla voidaan tuottaa ilmasta, mobiilisti tai maasta. Määrämittausten lisäksi Rieglin skannereilla voidaan tuottaa lisätietoja geologisiin arvioihin kivi- ja maa-aineksen osalta. Samasta työstä kilpailevat tietysti myös erilaiset kuvamittausjärjestelmät, mutta onneksi kasvillisuuden peittämissä kohteissa ei kuvilla pärjää. Laserskanneri sen sijaan tunkeutuu kasvien läpi maan pintaan. Me näemme työn eduksi myös nopeuden, sillä kuvista mallin tuottaminen näyttää kestävän useita viikkoja ja kaiken lisäksi paikalla täytyy mitata kuviin kontrollipisteitä. Vaivalloista.

Riegl VZ-1000-skanneri kaivosmittauksessa. Työturvallisuus paranee huomattavasti, koska mittaukset voidaan tehdä etäältä.

Mitä skannereilla saadaan aikaan? Katsopa esimerkkivideo avolouksen mittauksesta ja mallinnuksesta Chilessä.Valtavan kaivoksen pohjalla näkyy aukko, koska puolen päivän aikana ei enää ehditty mitata viimeistä mittausasemaa. Kaivoksen mittasuhteista johtuen suurin aika kului kulkemiseen paikasta toiseen.

Toinen esimerkki näyttää esimerkin tilanteesta ennen ja jälkeen räjäytyksen, jonka jälkeen siirtyneet massat on helppo laskea RiScan Prossa.

Kolmas esimerkki on maanlaisesta kaivoksesta, sillä Riegl sopii erinomaisesti myös umpinaisiin tiloihin. Myös umpinainen 3D-mesh-mallinnus voidaan tehdä suoraan RiScan Prossa.

Taivaalla jo 4 Galileo-satelliittia

Viime maanantai-iltana Ranskan Guayanassa ammuttiin kiertoradalle 2 uutta eurooppalaisen Galileo-paikannusjärjestelmän satelliittia. Tällä hetkellä maata kiertää järjestelmän 4 ensimmäistä satelliittia nimeltään Thijs, Natalia, David ja Sif, jotka on nimetty eurooppalaisten lasten mukaan. Tämänhetkisen suunnitelman mukaan satelliitteja on 18 kappaletta vuoden 2014 loppuun mennessä ja järjestelmä on täydessä toimintatilassa vuonna 2018, jolloin siihen kuuluu 30 satelliittia. Lue lisää ESAn sivulta.

Galileo-järjestelmän toimintamenoihin on pedattu miljardien rahoitusta Horizon 2020-ohjelmassa, mutta täytyy kuitenkin muistaa, että EU:n tulevista tutkimus- ja kehitysrahoista kiistellään parhaillaan. Erään esityksen mukaan Galileon toteutuessa EU:lla olisi hallussaan 20% globaalista GNSS-markkinasta vuoteen 2020 mennessä ja projekti synnyttäisi euroalueelle 400 000 uutta työpaikka. Paikantaminen on iso bisnes!

EU ei rahoita paikannusinfran luomista puolustusmenoista kuten muut alan valtiot, joten ESA tarvitsee tukea tavoitteissaan. Mitenhän muuten saisi vaikkapa Rovion Peter Westerbackan ja Angry Birdsit mukaan ESAn projekteihin samalla tavalla kun he ovat solmineet kumppanuuden NASAn ja CERNin kanssa? Paikannus on sinänsä muodikasta mutta kalliin infran rakentaminen taas ei ole.

No, uuden paikannusjärjestelmän valmistumista toivoessamme muistutamme myös edustamiemme Stonexin GNSS-vastaanottimien valmiudesta hyödyntää Galileo-järjestelmää. Stonexin vastaanottimet ovat kohtuuhintaisia ammattilaismittauslaitteita moniin käyttötarkoituksiin kuten RTK- tai GIS-mittauksiin. Tutustu tarkemmin Stonex S9:iin ja S7:aan sivuillamme.

Kuvassa Stonexin uusi maastopaikannuslaite S7.

Avainsanat: ,

Oman polut kulkijat

Toisin kuin nykyään monasti halutaan uskotella, syvallinen osaaminen ja siitä pulppuavat keksinnöt eivät ole saavutettavissa lyhyellä tähtäimellä. Tästä hyvänä esimerkkinä olkoon Johannes Rieglin keksintöjen tarina. Hän aloitti tutkijana Wienin teknillisessä korkeakoulussa 1968 ja loi siellä 10 vuoden aikana perustan yhtiölleen, Riegl Laser Measurements Systemsille. Yhtiön historian sen tuotteiden kautta voi katsastaa täältä. Ja kyllä, joukossa on myös ne nopeustutkat, joita esimerkiksi Saksan poliisi käyttää.

Tohtorit Andreas Ullrich ja Johannes Riegl

Samanlaisia kehittäjiä tarvitaan koko ajan, sekä laitteiden ja ideoiden kehittäjinä että käytön soveltajina. Kun meillä Suomessa halutaan nykyään usein valmiiksi pureskeltuja ratkaisuja, ihmettelemme hieman minne on kadonnut kokeilunhalu? Ei kai kukaan oikeasti kuvittele luovansa taloudellista menestystä esimerkiksi vain kopioimalla muita tai tekemällä kaiken varman päälle? Tietysti on harmillista, että monet rahoitusmuodot suosivat vain pikavoittojen hakua eivätkä pitkän tähtäimen tavoitteita, mutta lyhytnäköistä ajattelutapaa vastaan on kamppailtava. Ajatelkaapa esimerkiksi, että laserin keksijät hyödynsivät 1960-luvulla Albert Einsteinin 40 vuotta aiemmin kehittämiä ideoita ja todennäköisesti he eivät ajatelleet keksintöään käytettävän 60 vuoden kuluttua silmäkirurgiassa tai 3D-laserskannereissa. Ideasta on joskus pitkä matka käytännön sovelluksiin.

Entäpä sitten olemassa olevien tekniikoiden soveltaminen muista poikkeavalla tavalla? Kiinassa Rieglin monikäyttöinen maalaserskanneri VZ-1000 laitettiin miehittämättömän kopterin kyytiin kameran kera ja tulokset olivat käyttäjien mielestä erinomaisia. Jo ennen systemaattisten virheiden poistoa saavutettu X/Y tarkkuus oli < 10 cm ja korkeustarkkuus Z < 5 cm. Lentokorkeus oli runsaat 200 m ja pisteitä saatiin mitattua noin 25 kpl/m2. Ilmakeilaukseen on paljon optimaalisempiakin skannereita, mutta tässä on selvästi käytetty mitä on saatavilla. Samalla skannerilla voi mitata myös staattisesti ja mobiilista maassa, joten käyttöaluiden lisääntyessa voimme todella alkaa puhua 3D-skannerien monitoimilinkkuveitsestä.

Toinen esimerkki on tunnelimittausten maailmasta Espanjasta, jossa on nykyään Euroopan pisin nopeiden junien verkko. Viranomaiset vaativat kahden vierekkäisen 25 km pituisen tunnelin tarkkaa kartoittamista mutta perinteisin menetelmin mittaus olisi kestänyt kuukausia. Riegl VMX-250 mobiiliskannausjärjestelmän IMU-yksikkö ei kestä pitkiä GPS-katkoksia, joten portugalilaiset kartoittajat ratkaisivat yli tunnin mittaiset GPS-katkokset muilla keinoin. Miten? Sen voi voit lukea täältä. Lopputuloksena saadun reitin (trajectory) absoluuttinen sijaintitarkkuus oli 2 cm!

Loppujen lopuksi myös mittaamisen voi ottaa pelaamisen kannalta. Tavoitteena on siis mitata nopeammin, tarkemmin, tehokkaammin ja luotettavammin! Parhaat pelaajat ajattelevat luovasti ja keksivät uutta. Ota yhteyttä, emme ole koskaan olleet luomassa jo keksittyä pyörää.

RIEGL LMS-Q780:n ensimmäiset aineistot

Intergeossa julkaistun RIEGLin uusimman ilmalaserkeilaimen, LMS-Q780, ensimmäinen aineistovideo on julkaistu. Katso video YouTubessa

RIEGL LMS-Q780

Kuvassa suunniteltu lentoreitti, toteutunut reitti ja laserskannatut kaistat.

Ennakkotiedoista poiketen ilmassa voi olla yhtä aikaa jopa 10 pulssia kaikuineen!

RIEGLin ilmalaserkeilaimet

RIEGL LMS-Q780 tuotesivu

Täysi aallonmuoto, FW LIDAR, metsäntutkimuksessa

Maailmalla kirjoitellaan mielenkiintoisia tutkimuksia täyden aallonmuodon ilmalaserkeilauksen käytöstä monilla aloilla kuten metsäntutkimuksessa. F. Pirotti on iForestlehden artikkelissaan tehnyt yhteenvedon alan tämän hetkisestä tutkimuksesta eli missä mennään metodien ja tulosten suhteen.

Todettakoon siis, että täyden aallonmuodon analyysi tarjoaa tarkempaa mittaustekniikkaa sekä maanpinnan että puuston suhteen ja puuston tarkempia luokittelumahdollisuuksia. Esimerkiksi saksalainen J. Reitberger on saavuttanut automaattisessa havupuu – lehtipuu -luokittelussa 85% (puissa lehdet) ja 96% (lehdetön aika) tuloksia. Ai mistä näitä aineistoja saa? Katsopa RIEGLin laitevalikoima aineiston tuottamiseksi täältä.

Täyden aallonmuodon reaaliaikaisessa analyysissa palautuva signaali digitoidaan ja eri kaiut määritellään automaattisesti. Jos digitoitu signaali tallennetaan, niin aineistoa voidaan tarkastella tarkemmin vielä jälkikäteen ja se voidaan käsitellä erilaisin algoritmein tarkempien analyysien saamiseksi.

Suomessa metsätutkijat eivät ole kokemustemme perusteella innostuneet täyden aallonmuodon hyödyntämisestä tutkimuksissaan. Kysymys on useimmiten kustannusten suhteesta hyötyyn eli pelkona on ettei täydestä aallonmuodosta saada tarpeeksi lisäarvoa diskreetteihin mittauksiin verrattuna. Maanmittauslaitoksen järjestämässä laserkeilausseminaarissa kuultiin jopa sellainen metsäntutkijan kannanotto, etteivät aineistot edes kiinnosta. Ihmettelemme hieman moista asennetta, mutta onneksi muualla maailmalla ja jopa naapurimaissammekin tutkijoiden asenteet ovat jo toiset🙂 Hassua muuten on se, etteivät Rieglin ilmalaserskannerit ole kilpailijoitaan kalliimpia, joten esimerkiksi reaaliaikaisesta täyden aallonmuodon analyysistä pääsee nauttimaan ihan samaan hintaan kuin vanhanaikaisemmasta tekniikasta.

Matalien vesistöjen kartoitus

Kuvassa Riegl VQ-820-G ilmalaserskannerilla kartoitettuja maa- ja vesistöalueita. Puusto- ja maastoskannauksen lisäksi myös vedenalaisia alueita voidaan mitata tarkemmin hyödyntämällä täyden aallonmuodon analyysiä. Ilmassa näkyvät pisteet ovat puolestaan voimajohtojen poikkileikkauksia. Voimajohdot ja muut ilmakaapelit on helppo skannata ja samalla nähdään onko kasvillisuus liian lähellä.

Mittaustekniikka on dynaaminen ala ja kehittyy koko ajan! Se tuntuu unohtuneen geodesian ja fotogrammetrian entisessa edelläkävijämaassa, jossa nykyään mitataan lennokkien ottamista ilmakuvista jopa kasvillisuuden peittämien alueiden maastomalleja. Ja tosiaan, kuvia puuston yläpinnasta lasketusta pintamallista esitellään myös valtakunnallisessa tekniikan alan yleislehdessä maastomallina… O tempora, o mores.

Lähde: Pirotti, F. 2011. Analysis of full-waveform LiDAR data for forestry applications: a review of investigations and methods. iForest, vol 4 (100-106)

Faro apps -kauppa on avattu!

Faro Inc. on muuttanut Scene-ohjelman kehitysympäristön avoimeksi niin, että halukkaan voivat ohjelmoida Scene-ympäristössä omia sovelluksiaan. Ohjelmat voivat olla itsenäisiä tai Scenen yhteydessä toimivia lisukkeita.

Nyt ohjelmien jakoon tarkoitettu Faro 3D-app -kauppa on avattu ja iloksemme huomasimme, että kaikilla on mahdollisuus päästä leikkimään sovelluksilla. SceneCT:llä voidaan nimittäin valjastaa esimerkiksi Asus Xtionin tai Kinectin omaksi kotiskanneriksi. Kinect löytyy monesta taloudesta Xboxin osana, mutta sen, samoin kuin Asuksen, voi ostaa myös erikseen. Ohjeita ja esimerkkejä SceneCT käytöstä löytyy YouTubesta.

Videolinkit:

Tutorial

Registration

Tracking from video

ja YouTubessa myös paljon muuta.

Tästä Faro 3D-app -kauppaan.

Tästä ostamaan Faro Focus3D-skanneria.

PS. Skannaamisen iloa! Kinectin aineistoa ei kuitenkaan voida kalibroida tällä hetkellä tunnetuin keinoin koska aineisto pakataan (kvantisoidaan) 8-bittiseksi. Tarkkuusmittaukseen perustuvaa liiketoimintaa skannausen ympärille ei kannata siis suunnitellla. Muodon mallinnukseen perustuvaa toimintaa sen sijaan jo tehdään, esimerkiksi kehon skannaamisen saralla.

IXSEA Atlans

Inertianavigointijärjestelmiä sekä mittauslaitteita maalle, ilmaan ja veden alle tuottava ranskalainen IXSEA/IXBLUE on esitellyt uuden, monikäyttöisen kuituoptisen gyroskooppinsa (FOG) nimelta Atlans.

Atlans on kustannustehokas inertianavigointijärjestelmä, joka sopii sekä liikkuviin kartoitusjärjestelmiin että helikoptereihin/lentokoneisiin. Kustannustehokkuutta tuo muun muassa pitkä käyttöikä ilman  ylläpitohuoltoja sekä rakenne, jossa ei ole liikkuvia osia.

Laite painaa vain 3 kg ja sen virrankulutus on myös pieni. Koska laserskannausjärjestelmän nopeuden yhtenä kehittämisen esteenä ilmassa on myös virrankulutus – mitä nopeampi ilmalaserskanneri sen enemmän se kuluttaa virtaa – niin järjestelmän muiden osien virtapihiyttä voi tosiaan arvostaa.

Atlansin esitteessä voi tutustua tarkemmin millaisiin paikannustarkkuuksiin laitteella – yhdistettynä erilaisiin GPS-järjestelmiin – päästään.

Robotiikkaa & skannausta

Kurssien inspiroimana tässä muutama sana geomatiikan ja robotiikan yhdistämisestä eli mitä tutkimuspuolella tapahtuu. Robotiikan puolella pyritään täyteeen automaatioon ja reaaliaikaiseen laskentaan, jotta robotti voi liikkuessaan samanaikaisesti paikantaa itsensä ja kartoittaa samalla ympäristöään, jotta se voi samanaikaisesti taas miettiä etenemistään. Samanaikanen paikantaminen ja kartoitus tunnetaan nimellä lyhenteellä SLAM, simultaneous locationing and mapping. Tätä lähestymistä tarvitaan vaikkapa Mars-mönkijän tilanteessa tai kotona robotti-imuria käytettäessä. Pölynimurin ei tarvitse tietenkään tallentaa kartoitustietoa, mutta edistyneen imurin logiikan täytyy kuitenkin päätellä milloin työmaa on valmis.

Geomatiikan puolella mennään myös kohti automatisaatiota ja reaaliaikaisuutta, mutta kartoituksen ja paikannuksen tarkkuus on kuitenkin määräävä tekijä systeemeitä suunnitellessa. Tulevaisuudessa yhdistymistä tapahtuu varmasti kasvavassa määrin. Esimerkkinä tarkan laserskannerin ja SLAM-tekniikan yhdistämisestä on nähtävissä Andreas Nüchterin tutkimuksissa, joissa hän on yhdistänyt Riegl VZ-400-skannerin liikkuvan alustaan. Nüchterin tutkimuksia tarkastellessa huomaa, miten hän on aloittanut edullisilla skannereilla laskenta-algoritmeja kehittäessä, mutta lopulta työn kehittyessä yhdistänyt järjestelmään laadukkaan skannerin paremman kartoitusaineiston saamiseksi.

Esimerkkivideoissa paikannetaan ja kartoitetaan kahdella eri tapaa: mobiilisti 2D:nä ja mobiilisti (stop&go) 3D:nä. Molempia tekniikoita voi sitten mainostaa sisätila-tai ulkoskannauksena ilman tähysten käyttöä. Huomatkaa liikkuvan alustan suuren pyörät, jolloin robotti ei juutu kynnyksiin ja lattian muihin pieniin epätasaisuuksiin.

Stop&Go video antiikin Ostian kartoituksesta

Irma3D-robotti mittaa toimistoa

Jos haluat kokeilla ja kehittää laskenta-algoritmia omien komponenttien avulla, niin Nüchterin SLAM6D laskentatyökalupakki on kaytössäsi.

Intergeon satoa

Näin kolmannen päivän aamuna voi tehdä jo yhteenvetoa vuoden 2012 Intergeosta. Päivillä on paljon uusia laite- ja ohjelmistojulkaisuja, mutta kävijöitä vaikuttaisi olevan hieman edellisvuosia vähemmän. Messujen viimeinen päivä on perinteinen opiskelijapäivä, joten messuhallit täyttynevät tänään alan opiskelijoista.

RIEGL GmbH julkaisi tänä vuonna peräti viisi uutta skanneria: VZ-6000 maalaserkeilaimen sekä neljä ilmalaserkeilainta: VQ-380i, VQ-480-U, VQ-480i, ja LMS-Q780. Nämä skannerit sopivat UAS-järjestelmiin, helikoptereihin ja lentokoneisiin.

Ohjelmistojulkaisuista hehkutimme etukäteen RiSOLVEa. joka automatisoi maalaserskannausta. Messujen aikana olemme päivittäneet tietämystämme myös mobiiliskannauksen saralla ja päässeet vierestä seuraamaan tämänhetkistä State-of-the-Art –järjestelmää datan hankkimisesta aina sen prosessointiin valmiiksi pistepilveksi. RIEGL VMX-450 on jo suorastaan hämmentävä mobiiliskannausjärjestelmä: tehdaskalibroitu, helposti alustalta toiselle siirrettävä, nopea , tehokas ja tarkka.

Mikään laitteisto ei ole hyvä ilman toimivaa ohjelmistoratkaisua ja myös tämän puolen RIEGL on kehittänyt pitkälle. RiAcquire, RiProcess ja RiWorld saivat seurakseen RiPrecisionin, jonka avulla voidaan yhdellä napin painalluksella korjata IMUn ja GNSS-järjestelmän avulla tallennettua reittiä (Trajectory). Lopputuloksena tällä hetkellä 10 km tienpätkän mittausaineiston prosessointi valmiiksi pistepilveksi kestää vain 20 minuuttia! Huom! Tämä pätee vain Rieglillä.

FARO ei esitellyt suuria uutuuksia tänä vuonna, vaan päähuomion saivat sopimukset Trimblen ja Topconin kanssa. Molemmat myyvät nyt Faro Focus3D-skanneria, luonnollisesti omissa nimissään. Topconin väriessä skanneria ei näkynyt messuilla, joten Eurooppa kuulunee myyntisopimuksen ulkopuolelle?

STONEX yllätti esittelemällä täysin uuden skannerin, X300, joka nähtiin messuilla toimivana protona. Ensimmäiset skannerit tulevat tuotantolinjalta vuoden 2013 alussa, kunhan suuri, useamman sadan kappaleen ennakkotilaus on ensin toimitettu. Kyseessä on italialaissuunnitteinen pulssilaser (TOF), jonka mittausetäisyys on nimensä mukaan 300 metriä. Skannerissa on sisäänrakennettu kamera. Skanneri ei häikäise ainakaan vielä teknisillä ominaisuuksillaan, mutta hinnaltaan se sijoittuu edullisten skannerien sarjaan. Nyt saatiin skannaavia takymetrejä edullisempi 3D-laserskanneri!

Uusi Stonex X300 laserskanneri

Laitteiden lisäksi Stonex esitteli oman älypuhelinsarjansa. Näistä saamme lisätietoa jatkossa.

Ohjelmistovalmistajana tunnettu GEXCEL esitteli myös uusia ohjelmistoratkaisujaan. Laitepuolella Gexcel esitteli kamerajärjestelmän, joka voidaan yhdistää mihin tahansa mobiiliskannausjärjestelmään. Myös kameravalinta on käyttäjän päätettävissä, sillä alustaan voidaan laittaa erilaisia teollisuuskameroita, videokameroita, järjestelmäkameroita tai vaikka GoPro-kamerat. Katso video aiheesta.

Mitä messuilta jäi mieleen? Tänä vuonna miehittämättömiä kuvausjärjestelmiä (UAS) esiteltiin pilvin pimein, mutta kuinka moni näistä jää elämään? Pari vuotta sitten piha oli täynnä erilaisia mobiilimittausjärjestelmiä, joista vain pieni osa on enää jäljellä. Tämän perusteella myös UAS-puolella käy kova eloonjäämiskamppailu, jonka lopputuloksen näemme parin vuoden kuluttua. Lisäksi ilmeisesti vuonna 2015 julkaistava, UAS-järjestelmien käyttöä säätelevä  EU-direktiivi tulee määräämään alan kehityksen suunnan ainakin Euroopassa. Saksassa säännöt ovat jo kiristyneet muutaman pahan UAV-onnettomuuden takia, joten  lienee selvää, että tulevaisuudessa säännöt kiristyvät kaikkialla, jos laitteiden määrä lisääntyy kuten Saksassa. UAS-laitteiden hyviä ja huonoja puoli käsitellään laajasti Spiegelin artikkelissa ja sotilaskäytön siviileihin kohdistuvista ongelmista raportoi puolestaan The Guardian.

RIEGL RiSOLVE – laserskannauksen automatisointi

Virallisesti Intergeossa esiteltävästä RiSOLVE-ohjelmasta on ilmestynyt esittelyvideo. Videosta näkyy miten mittaustapahtuma ja aineiston käsittely on mahdollista automatisoida työn nopeuttamiseksi. Tässä esimerkissä on skannattu 5 skannausasemaa ja niistä tuotettu pohjakartta; kaikki alle puolessa tunnissa. Ajankulku näkyy videon alareunassa. Tämän automatisoinnin avulla RIEGL voitti Englannin poliisiin tarjouskilpailun 25 kappaleen VZ-400-skannerin toimittamisesta viranomaiskäyttöön.

Esittelyvideossa lopputuote on valittu tilaajan eli poliisin tarpeiden mukaisesti. Prosessi voidaan automatisoida eri käyttäjäryhmien tarpeisiin eli saapa nähdä mitä seuraavaksi kehitetään!

Ilmalaserkeilattujen korkeusmallien tarkkuus toistomittauksissa

Mittalaitteiden virheitä koskevat tutkimukset ovat aina mielenkiintoisia, sillä niiden avulla menelmiä ja laitteita voidaan kehittää ja alan ammattilaiset voivat arvioida omaa toimintaansa sekä mittaustilanteissa että aineistojen käsittelyssä.

Tällä kertaa pohdinnan kohteena on ilmalaserskannereilla mitattujen korkeusmallien kokonaisepävarmuus. Kuinka usein sitä tulee ajatelleeksi, että aineiston epävarmuus vaihtelee jo yksittäisen aineiston sisällä saatikka sitten eri aikoina mitattujen aineistojen välillä? Yksi merkittävä epävarmuustekijä on jo mitattava kohde itsessään. Ja huomio, sama pätee myös muihin optisiin mittalaitteisiin.

Tämän osoittavat mielenkiintoisesti Zürichin yliopiston tutkijat, jotka tutkivat jäätikön muutoksia vuosina 2005-2010. He keräsivät samalla 4 ilmalaserkeilausaineistoa, joista valmistetuilla korkeusmalleilla voidaan tarkastella  menetelmän tarkkuutta seurannan kannalta. Referenssimittauksina on käytetty muun muassa pistemäisiä dGPS- ja takymetrimittauksia sekä referenssipintoina lähistöllä sijaitsevien neljän alppimajan vinoja kattoja. Ilmalaserkeilaukseksessa aineistojen tarkkuuksia tarkastellaan normaalisti yksittäisillä referenssipisteillä ja kohtisuorilla tasoilla (joissa epävarmuus on muuten pienin), mutta jäätikköympäristössä näitä kohteita on vaikea löytää, samoin kuin muitakaan tarkkoja kontrollipisteitä. Toisaalta majojen kattojen vino pinta mahdollistaa hyvin mahdollisten pysty- ja vaakapoikkeaminen tarkastelun, vaikkakin mittauspulssin osuminen vinosti kohteeseen aiheuttaa kokonaisepävarmuuden kasvua.

Mittauksissa on siis monenlaisia virhelähteitä. Tässä tutkimuksessa kokonaisepävarmuus on laskettu stokastisista ja systemaattisista epävarmuuksista. Stokastiset virheet aineutuvat pääosin lentokoneen sijainnin ja asennon määrittelyn virheistä, laitteiston suhteellisen sijainnin määrittelystä lentokoneessa sekä skannausprosessin epävarmuustekijöistä. Sijaintitarkkuuksissa havaittin Glennien nyrkkisäännön paikkaansapitävyys eli se on 2 cm + 1 ppm (ppm lentokoneen sijainnin ja GPS-maa-aseman välillä). Suurin osa xy-sijainnin virheestä aiheutui tutkijoiden mukaan kuitenkin IMU-yksiköstä.

Myös systemaattisilla epävarmuuksilla on monta lähdettä, joista tässä mainittakoon mittaussäteen kohtauskulma kohteeseen: hyvin kaltevat rinteet kasvattavat systemaattista epävarmuutta selkeästi. Rinteiden jyrkkyys erottui myös lentojen kaistoissa, jotka erottuivat varsinkin lennettäessä kohtisuoraan rinnettä nähden. Jäätikön tasaisissa osissa on puolestaan pieni systemaattinen epävarmuus.

Tarkkojen korkeusmallien (DEM) osalta tutkimuksen päätelmät ovat seuraavat: tarkin malli saadaan GPS-satelliittien hyvällä geometrialla, tarkalla IMU-yksiköllä ja mittaamalla referenssipintoja paikan päällä. IMU-yksikön tarkkuus on lentokorkeuden ohella suurin mittausepävarmuutta aiheuttava tekijä. Myös kohde vaikuttaa tulokseen eli jyrkät rinteet ja mittaussäteen vino kohtauskulma kohteeseen heikentävät tulosta aiheuttaen muun muassa systemaattisen vertikaalisen siirron. Lisäksi todettiin, että korkealaatuiseen korkeusmalliin päästään ennenkaikkea mittauskampanjan hyvällä suunnittelulla ja pitkällä aikavälillä, haluttaessa vertailukelpoisia aineistoja, myös aineistojen yhdenmukaisellä jälkikäsittelyllä.

Tutkimuksessa kokonaisvirheen suuruus oli vain muutamia desimetrejä vaaka-ja pystysuunnassa, mikä osoittaa ilmalaserskannauksen olevan käyttökelpoinen menetelmä jäätiköiden seurannassa.

Jäätiköntutkimuksen osalta tulos on sama kuin muuallakin maailmassa eli tutkittavat jäätiköt pienenivät selkeästi 5 vuoden seurantajakson aikana. On kuitenkin huomionarvoista, että tulokset poikkeavat selkeästi pistemäisesti toteutettuun jäätikkömonitorointiin verrattuna. Tähän syynä lienee se, että jäätikkö käyttäytyy kokonaisuutena eri tavalla kuin yksittäiset seurantapisteet. Tämä on muuten huomionarvoinen asia myös maamassojen liikettä seurattaessa. Pistemäiset monitorointimenetelmät eivät näytä kohteen kokonaismuutosta riittävällä tarkkuudella.

Verrattaessa ilmalaserskannausta maan päällä tapahtuvaan mobiiliskannaukseen yhtälaisyys virhelähteiden kohdalla on huomattava ja luonnollinen: valmistajien mukaan suurin virhe aiheutuu GPS- ja IMU-mittausten epätarkkuudesta.

Lähde: Philip Claudio Joerg , Felix Morsdorf and Michael Zemp. 2012. Uncertainty assessment of multi-temporal airborne laser scanning data: A case study
on an Alpine glacier. Remote Sensing of Environment 127 (2012) 118–129.

RIEGL-uutuudet Intergeossa

Maanmittausalan vuosittaiset päämessut, Intergeo 2012, lähestyvät. Tänä vuonna Intergeo järjestetään lokakuun 9-11 Hannoverissa.

Messuilla kaikki laitteisto- ja ohjelmistovalmistajat esittelevät uutuuksia, joista alkaa näin messujen alla tihkua jo hieman ennakkotietoja. RIEGL Laser Measurement Systems esittelee kaksi uutuusskanneria ja omien sanojensa mukaan ”ohjelmistoilotulituksen”. Pääpaino tänä vuonna on ohjelmistoissa, joilla eri alojen käyttäjien elämää halutaan helpottaa. Uusia ohjelmistoja ovat muun muassa RiSOLVE, RiDB ja RiPRECISION.

Laiteuutuudet ovat seuraavat:

RIEGL VZ-6000 maalaserkeilain

Skanneriuutuus jatkaa pitkän matkan keilainten sarjaa VZ-4000 skannerin rinnalla. Nimensä mukaan VZ-6000-skanneri mittaa yli 6 km etäisyyksiä maastotyössä. Laitteen laserin aallonpituus on valittu niin, että lumen ja jään mittaus onnistuvat tällä skannerilla myös pitkillä etäisyyksillä.

Koje sisältää GPS-, LAN-, WLAN-, USB-liittymät sekä ison sisäisen muistin, sisäisen kameran, kompensaattorin, laserluodin ja kompassin.Laitteen päälle voi myös laittaa ulkoisen geodeettisen GPS-vastaanottimen tarkemman sijaintitiedon mittaamiseksi.

Tarkan mittaustekniikan varmistaa kaikujen digitointiin perustava Rieglin ainutlaatuinen reaaliaikainen aallonmuodon analyysi.

RIEGL LMS-Q780 ilmalaserkeilain

Myös ilmapuolella Riegl siirtyy korkeammalle uudella LMS-Q780 -keilaimella. Uuden skannerin operatiivinen maksimilentokorkeus on 10 000 jalkaa 100 kHz pulssintoistotaajuudella. Hyödyntämällä MTA-prosessointitekniikkaa RiMTA-ohjelmalla pitkän matkan etäisyysmittausten ambiguiteetti ratkaistaan automaattisesti, joten tällä tekniikalla päästään 2450 m etäisyysmittauksiin 400 kHz pulssintoistotaajuudella. Tällöin ilmassa on samanaikaisesti jopa 8 laserpulssia ja niiden kaiut.

Laite soveltuu topografisiin maastomittauksiin korkealta sekä valitusta laserin aallonpituudesta johtuen myös lumen ja jäätiköiden mittaukseen. Skannerin mukana tulevat ohjelmistot  RiACQUIRE, RiANALYZE, RiWORLD, RiPROCESS ja RiMTA mahdollistavat koko käsittelyprosessin tiedon keruusta aina valmiiseen pistepilveen. Ohjelmistoissa on hyvät käsittelymahdollisuudet kompleksisen maaston kartoitukseen.

Lisäksi esitellään Schiebelin UAV-kopteri integroituna RIEGL VQ-820-GU ilmalaserskanneriin. Yhdistelmällä voi hankkia korkealaatuosta hydrografista ja topografista mittausaineistoa. Schiebel valmistaa kuvauskoptereita, joita ovat hankkineet mm. Saksan laivasto, Arabiemiraatit ja Itävallan sisäministeriö.

Olemme tavattavissa Rieglin osastolla (halli 7, I10). Thomas Gaisecker pitää myös esityksen aiheesta:

”Terrestrial Laser Scanning with the RIEGL VZ-4000: surveying and monitoring of open-pit mines and glaciers”
Tuesday, October 9, 2012, 14:20, Room 16

Nähdään messuilla!

Käsipaikannin Stonex 7 ja GeoGis

Stonex on hiljan esitellyt uuden käsipaikannuslaitteen nimeltään Stonex S7. Kyseessä on vankkarakenteinen maastolaite, josta on mahdollista hankkia kolme eri versiota aina ns. GIS-tarkkuudesta RTK-tarkkuuteen. Tietojen kerääjä päättäköön, tarvitseeko hän metriluokan, desimetriluokan vai senttimetriluokan tarkkuutta aineistoilleen ja sen mukaan tarvittavan laitteen.

S7 integroi koko joukon eri tekniikkaa sisältäen standardiominaisuuksina Wi-Fin, Bluetoothin, GPRS modeemin, 5 Mpx kameran, äänipuhelut ja MMSit, vedenkestävän Mini-USB-liittimen. Onkin mielenkiintoista, miten kännykät ja GPS-paikantimet lähenevät toisiaan, mutta toisaalta yhteenkään kännykkään ei tietääkseni saa vielä RTK-korjausta. Myös maastokestävyys on kännyköiden kanssa usein koetuksella.

Laitteessa on Windows 6.5 Mobile käyttöjärjestelmä ja ohjelmistoksi voi hankkia Stonex GeoGis-ohjelman tietojen keruuseen ja hallintaan. GeoGis mahdollistaa muun muassa tietojen keruun käyttäjän omilla attribuuteilla, vektori- ja rasterikarttojen käytön taustalla sekä erilaisten ilmaiskarttojen hyödyntämisen. GeoGis jakautuu kahteen osioon, kentällä käytettävä Mobile ja toimistossa käytettävä Office.

Lisätietoja: Stonex S7

Lisätietoja: GeoGis

Avainsanat: ,

3D-skannaussanastoa

Skannausjuttuja ja teknisiä tuote-esitteitä lukiessa lukijan pitää olla tarkkana: mitä käytetyillä käsitteillä oikein tarkoitetaan? Vuorenvarmaa on se, että jokainen lukija ymmärtää ne omalla tavallaan ja teknisissä tiedoissa jokainen valmistaja ilmaisee asiat eri tavalla. No, saman hienon kokemuksen saa lukiessa kotimaisia tarjouspyyntöjä ja kilpailutuksia😉

ASTM International on kerännyt valmistajien, käyttäjien ja eri järjestöjen vakiinnuttamia määritelmiä E2544 – 11A standardisanastoon. Kyseessä ei siis ole mikään yksittäisen tahon luoma määritelmä, vaan standardointityöhön osallistuvat monien tahojen edustajat. Kuvaavaa työn nopeudelle on se, että tähän pisteeseen on päästy 6 vuoden työn jälkeen, ja erään komitean jäsenen mukaan pelkkä 3D Imaging systems -käsitteen määritelmän luominen kesti useita vuosia…

ASTM standardi on maksullinen tuote, mutta luotuun sanastoon pääset tutustumaan täällä.

Avainsanat: , , ,

Gexcel Viewer: pistepilvet 3D:nä verkon yli

Tekniikka kehittyy koko ajan ja sitä myöten myös pistepilvien hallinta. Niistä alkuajoista, kun aineistot täytyi siirtää kokonaisuudessaan omalle tietokoneelle katsottavaksi edistyttiin ensin katsomaan aineistojen 2D-panoraamoja internet-selaimen kautta, mistä esimerkkinä on Faro Webshare-tekniikka. Webshare ei tosin tyydy enää pelkkiin aineistonäkymiin, vaan pistepilvet halutaan nähdä kontekstissa eli niiden pohjalta automaattisesti muodostetussa pohjakartassa. Samalla aineistosta voidaan tehdä mittauksia, niihin voi kirjoittaa kommentteja tarpeen mukaan aineistot voi ladata omalle koneelle. Webshare on näin ollen työkalu joukkotyöskentelyyn.

Nyt tulossa tuntuu olevan aineistojen 3D-streamaus verkon yli, josta esimerkkinä olen näin kesän lopussa kokeillut Gexcelin toistaiseksi julkaisematonta Demo Vieweria. Tätä katselutyökalua kehitetään nimenomaan isojen projektien tarpeisiin, kun asemia ja pisteitä on paljon, niinpä tarkastelemassani esimerkkiprojektissa on 290 skannausasemaa ja 700 miljoonaa pistettä. Aineisto sijaitsee Gexcelin palvelimella Italiassa ja minä oln kokeillut sen katselua eri nopeuksisilla nettiyhteyksillä täällä Suomessa. Vaikuttavaa.

2D-panoraamojen sijaan pistepilvet pyörivät ruudullani 3D:nä eli voin siis käännellä aineistoa ruudullani ihan kuten normaalissa pistepilvityöskentelyssä, ja tarkastella kohdetta eri suunnista. Demo Viewerissa on jo mukana mittatyökalu ja saapa nähdä mitä muuta siihen vielä ilmestyy ennen julkaisua.

Jos haluat kokeilla testiversiota ja antaa siitä kommentteja kehittäjille, niin ota meihin yhteyttä tunnuksien saamiseksi.

Skanneri ylösalaisin

Mallistossamme on useita skannereita, joita voi käyttää myös ylösalaisin tai kallellaan. Tällä kertaa esittelyvuorossa on Faro Focus3D, jolla skannasimme pari viemärikaivoa (halkaisija 60 cm).

Faro Focusta voi käyttää helposti ylösalaisin sen omaa hiilikuitujalustaa käyttäen:

Faro Focus pystysuunnassa 180 astetta käännettynä. Oikeassa mittaustilanteessa jalkoja lyhennetään, jolloin skanneri laskeutuu kaivon sisään.

Kaivon sisällä tilanne näyttää 2D-värikuvassa tältä:

Kaivon reunat ja pohja projisoituna tasolle. Tulo- ja poistoputket ovat hyvin näkyvissä ja mitattavissa.

Intensiteettivärjätty 3D-pistepilvi näyttää puolestaan seuraavalta:

Viemärikaivon 3D-pistepilvi sivusta katsottuna. Tällä sivulla on kaksi tuloputkea. Kaivon yläosassa näkyy asennus- tai routimisen aiheuttama virhe.

Kyseessä on siis varsin havainnollista tietoa 2,5 minuutissa mitattuna! Toisen mittamamme kaivon pohjalla näkyi myös paksu sedimenttikerrostuma ja ulosmenoputki oli jo puolittain tukossa. Käytännössä kaupungissa on helppo kävellä laitteiston kanssa kaivolta toiselle mitaten aineistoja, koska yhden päivän aikana saa tehtyä jo aikamoisen urakan.

Oronmyllyn maastoskannaus

Tämänvuotinen hyväntekeväisyysprojektimme kohdistui Parikkalan Särkisalmella sijaitsevaan Oronmyllyyn.

Oronmyllyn Myllytupa

Oronmylly on luonnonkauniilla paikalla sijaitseva Kansan Raamattuseuran toimintakeskus, mutta paikalla on pitkään sijainnut aikoinaan tunnettu mylly. Myllari lopetti toiminnnan jo aikaa sitten ja hänen perillisensä lahjoittivat alueen Kansan raamattuseuralle. Lahjoituksesta tulee tänä vuonna kuluneeksi 50 vuotta ja keväällä 2013 juhlitaan 50-vuotista toimintaa. Samaan aikaan pohditaan myös vesimyllyn käyttämistä energiatuotantoon.

Vähintäänkin aikomuksena on entistää myllyä paikallisten ja matkailijoiden iloksi.  Särkisalmen alueella on nimittäin laaja retkeilyreittien verkosto ja osa reiteistä tuo kävelijöitä myös Oronmyllylle. Alueella liikkuessa voi törmätä myös kuukkeleihin, joita paikallinen luontokuvaaja Hannu Siitonen myös innokkaasti kuvaa.

Pääset tutustumaan Oronmyllyn maisemiin tekemässämme videossa. 20 skannausaseman keilausaineisto on mitattu Riegl VZ-1000 skannerilla kesällä 2012. Tervetuloa tutustumaan Oronmyllyn upeisiin maisemiin virtuaalisesti ja seuraavaksi myös todellisuudessa!

RIEGL VZ-4000 Suomessa

Riegl VZ-4000, jopa 4 km etäisyyksiä mittaava 3D-laserskanneri, esitellään Suomessa syyskuun alkupäivinä. Tämä maailman pisimmälle mittaava laserskanneri julkaistiin vuonna 2011 ja ensimmäiset kappaleet tulivat tuotannosta tänä vuonna. Laitteita on myyty muun muassa Ranskaan, jossa juuri toimitetulla laitteella monitoroidaan eroosiota upean Mont St. Michelin ympärillä. Erilaisilla tiedustelu- ja turvallisuustahoilla on myös selkeästi kiinnostusta Rieglin tuotteisiin, kuten on jo nähty FBI:n ostoilmoituksesta sekä juuri julkaistussa USA:n National Geospatial Intelligence Agencyn ostoilmoituksesta: hankinta tehdään suoraostona, koska vastaavaa, hankkijan vaatimukset täyttävää tuotetta ei ole saatavilla.

Riegl VZ-4000 kaivosympäristössä Etelä-Afrikassa. Laitetta on nyt käytetty kaivoksissa yli 4000 m korkeudella ja toiminta oli siellä normaalia!

Suomessa VZ-4000 on nähtävillä Helsingissä syyskuun 6. päivänä. Ota yhteyttä (p. 045 650 85 85)  tai laita meille sähköpostia (nordic@geocenter.fi), jos haluat tutustua Rieglin tekniikkaan ja mahdollisuuksiin paikan päällä.

Farolle red dot-palkinto

Faron menestys jatkuu myös mittausalan ulkopuolella. Viimeisin uutinen kertoo, että Faro Focus 3D-skanneri on palkittu kansainvälisellä red dot-palkinnolla.

Red dot nostaa esille yrityksiä, jotka käyttävät muotoilua liiketoiminnan kehittämisessä. Faron kohdalla ei palkittu pelkästään muotoilua, vaan koko Focus 3D-skannerin innovatiivinen konsepti: laite on kevyt ja helppokäyttöinen. Focus3D on muuttanut mittalaitteiden imagoa ja lisännyt laserskannauksen käyttöä mittausalan ulkopuolella.
Onnea Faro!

LAZ-pakkaus latauksen aikana

Martin Isenburgilta saapui päivän vinkki LAZ-kompressointia tekeville eli siis LAS-tiedostojen zippaukseen.

Jos LAS-tiedostot ovat ladattavissa FTP:ltä kuten esimerkiksi Washingtonin yliopiston tapauksessa

niin 3 GB tiedostojen latauksen ja latauksen jälkeisen zippauksen sijaan tiedostot voi pakata suoraan latauksen aikana ja näin säästää koneen kiintolevyä. Tämän operaation tekemiseksi tarvitaan ”laszip.exe” sekä ”curl.exe” (löytyy Google-haulla), jotka sitten ajetaan rinnakkain alla olevan esimerkin tapaan:
Tällä komennolla tiedosto  ”38090e7_NW.las” kirjoitetaan latautuessaan koneelle suoraan muotoon ”38090e7_NW.laz”. Operaation tehovaatimuksia voi samalla tarkkailla tiedostonhallinnasta ja  samalla voidaan arvioida pakkausuhde tarkastelemalla ”I/O Read Bytes” ja ”I/O Write Bytes”sarakkeita.
Ohjelma toimii myös käänteisesti, eli jos lähtötiedosto on .LAZ ja se halutaan ladattaessa muuttuu .LAS-muotoon.
Samalla tavalla curl.exen ja lasinfo.exen avulla  voidaan tarkastella LAS-tiedoston tietoja lataamatta tiedostoa ollenkaan palvelimelta.curl -s ftp://lidar.wustl.edu/from_WRC/Franklin/LAS_Files/38090e7_NW.las | lasinfo -nc -stdin

Tulokseksi saadaan:
reporting all LAS header entries:
file signature:             ’LASF’
file source ID:             0
global_encoding:            0
project ID GUID data 1-4:   3507991416 36513 17806 ’₧{ü÷g└╘p’
version major.minor:        1.2
system identifier:          ’NIIRS10’
generating software:        ’LIDAR1 tiled’
file creation day/year:     243/2011
header size:                227
offset to point data:       4746
number var. length records: 5
point data format:          1
point data record length:   28
number of point records:    11910401
number of points by return: 9643615 1613716 550472 102598 0
scale factor x y z:         0.01 0.01 0.01
offset x y z:               0 0 0
min x y z:                  686488.13 4270318.00 120.44
max x y z:                  690642.00 4272813.32 659.85
variable length header record 1 of 5:
reserved             43707
user ID              ’LASF_Projection’
record ID            34735
length after header  192
description          ’GeoTiff Projection Keys’
GeoKeyDirectoryTag version 1.1.0 number of keys 23
key 1024 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 1 – GTModelTypeGeoKey: ModelTypeProjected
key 2048 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 4269 – GeographicTypeGeoKey: GCS_NAD83
key 2049 tiff_tag_location 34737 count 24 value_offset 48 – GeogCitationGeoKey: GCS_North_American_1983
key 2050 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 6269 – GeogGeodeticDatumGeoKey: Datum_North_American_Datum_1983
key 2051 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 8901 – GeogPrimeMeridianGeoKey: PM_Greenwich
key 2054 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 9102 – GeogAngularUnitsGeoKey: Angular_Degree
key 2055 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 9 – GeogAngularUnitSizeGeoKey: 0.01745329252
key 2056 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 7019 – GeogEllipsoidGeoKey: Ellipse_GRS_1980
key 2057 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 6 – GeogSemiMajorAxisGeoKey: 6378137
key 2059 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 7 – GeogInvFlatteningGeoKey: 298.2572221
key 2061 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 8 – GeogPrimeMeridianLongGeoKey: 0
key 3072 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 26915 – ProjectedCSTypeGeoKey: PCS_NAD83_UTM_zone_15N
key 3073 tiff_tag_location 34737 count 22 value_offset 0 – PCSCitationGeoKey: NAD_1983_UTM_Zone_15N
key 3075 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 1 – ProjCoordTransGeoKey: CT_TransverseMercator
key 3076 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 9001 – ProjLinearUnitsGeoKey: Linear_Meter
key 3077 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 5 – ProjLinearUnitSizeGeoKey: 1
key 3081 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 4 – ProjNatOriginLatGeoKey: 0
key 3082 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 0 – ProjFalseEastingGeoKey: 500000
key 3083 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 1 – ProjFalseNorthingGeoKey: 0
key 3088 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 2 – ProjCenterLongGeoKey: -93
key 3092 tiff_tag_location 34736 count 1 value_offset 3 – ProjScaleAtNatOriginGeoKey: 0.9996
key 4097 tiff_tag_location 34737 count 26 value_offset 22 – VerticalCitationGeoKey: NAVD88 – Geoid03 (Meters)
key 4099 tiff_tag_location 0 count 1 value_offset 9001 – VerticalUnitsGeoKey: Linear_Meter
variable length header record 2 of 5:
reserved             43707
user ID              ’LASF_Projection’
record ID            34736
length after header  80
description          ’GeoTiff double parameters’
GeoDoubleParamsTag (number of doubles 10)
500000 0 -93 0.9996 0 1 6.37814e+006 298.257 0 0.0174533
variable length header record 3 of 5:
reserved             43707
user ID              ’LASF_Projection’
record ID            34737
length after header  73
description          ’GeoTiff ASCII parameters’
GeoAsciiParamsTag (number of characters 73)
NAD_1983_UTM_Zone_15N|NAVD88 – Geoid03 (Meters)|GCS_North_American_1983|
variable length header record 4 of 5:
reserved             43707
user ID              ’NIIRS10’
record ID            4
length after header  10
description          ’NIIRS10 Timestamp’
variable length header record 5 of 5:
reserved             43707
user ID              ’NIIRS10’
record ID            1
length after header  26
description          ’NIIRS10 Tile Index’
the header is followed by 3868 user-defined bytes

RIEGLin skannausnopeus

Uutiset maailmalta liittyvät tällä kertaa aina niin ajankohtaiseen skannausnopeus -aiheeseen. Nopeus on luonnollisesti laitevalmistajien välisen kilpailun kohde ja skannausyrittäjät joutuvat pohtimaan asiaa skannerioston yhteydessä. Suurin virhe on tarkastella pelkästään laiteen pistemittausominaisuuksia, sillä pistepilven tuottamiseen kuuluu suunnittelu, toteutus ja jälkikäsittely kunnollisen pistepilven aikaansaamiseksi. Mallinnusaika pistepilvestä halutuiksi lopputuotteiksi vaihtelee suuresti eri alojen välillä, joten mallinnusaikaa on turha ottaa mukaan laitevertailuun.

Skannausnopeus ja käytön yksinkertaisuus olivat nimittäin ne ratkaisevat tekijät, joilla Riegl voitti Englannin poliisin skannerihankinnan. Vain muutamaan poliisipiiriin hankittiin toisen valmistajan laite. Kyseisessä yli 3 M punnan kokonaishankinnassa etsittiin näet laitetta, jolla voidaan mitata värillinen pistepilvi mahdollisimman nopeasti ja yksinkertaisesti, koska onnettomuustilanteen dokumentointiin haetaan nopeutta. Pistepilven lisäksi myös järjestelmäkameralla tuotetut kalibroidut kuvat ovat helposti käytettävissä. Lopputulokseksi haluttiin pistepilvikartta onnettomuuspaikasta, koska se on oikeusistuimien hyväksymä dokumentti.

Skannerin käyttö kentällä voidaan tehdä yhdellä napinpainalluksella, jolloin testeissä Riegl VZ-400 skannerilla mitattiin 11 asemaa 45 minuutin aikana. Resoluutiona käytettiin 10 cm tiheyttä 100 m etäisyydellä. Testeissä toiseksi nopeimmalla skannerilla mitattiin 6 asemaa ja kolmannella 5 asemaa 45 minuutissa. Tyypillisessä liikenneonnettomuustilanteessa mitataan 4 skannausasemaa. Mitään oheismittauksia ei muuten tarvita, sillä laitteen sisäinen kompassi ja GPS-vastaanotin huolehtivat alustavasta paikannuksesta.

Vaaditun lopputuloksen tuottamiseksi RiScan Prosta räätälöitiin versio, jonka avulla aineistojen lataus ohjelmaan, pistepilvien rekisteröiminen ja pistepilvikartan tuottaminen on täysin automaattinen prosessi. Halutessa kartan voi siis tehdä heti mittauksen jälkeen kentällä ja tulostaa 2D:nä.

Vastaava automaattinen prosessi on myös toteutettu kaivoskäyttöön tarkoitettuun RiMining-ohjelmaan, jolloin esimerkiksi rekisteröinti, suodatukset, korkeuskäyrät, taiteviivat ja tilavuudet voidaan laskea ilman suurta ohjelmakoulutusta painamalla ohjelmassa 7 nappulaa. Jatkossa ohjelmasta julkaistaan yleisempi versio, joka voidaan räätälöidä moneen vastaavaan tarpeeseen, jossa halutaan tehdä standardeja peruslopputuotteita nopeasti. RiScan Prolla puolestaan toteutetaan enemmän käsityötä vaativat ratkaisut.

Automatisointi ottaa siis parhaillaan suuria harppauksia laserskannauksessa. Kaikkia prosesseja ei luonnollisestikaan voi automatisoida, mutta osaa rutiinityöstä voi nopeuttaa hyvällä menestyksellä. Mobiiliskannauksen puolella Riegl on jo saavuttanut hurjan nopeuden, sillä tyypillisesti aamupäivällä mitatut kilometrit prosessoidaan RiProcess-ohjelmalla insinöörisuunnitelutarkkuiseksi pistepilveksi lounastauon aikana. Mobiili- ja ilmalaserskannauksessa työn suunnittelu on sinänsä kaiken perusta, sillä vain työn huolellisella suunnittelulla ja esityöllä voidaan saavuttaa mainitsemani nopeus.

3D-skanneri vs. ”skannaava takymetri”

Muutama vuosi sitten kommentoin ns. skannaavia takymetreja Maankäytön artikkelissa. Kysymys on siis niiden käytettävyydestä 3D-laserskannereihin verrattuna – voiko skannerin korvata skannaavalla takymetrilla?

Maailma ei ole mustavalkoinen, joten vastaus riippuu siitä mitä mittalaitteella suunnitellaan tehtäväksi. Jos halutaan hyödyntää maalaserskannerin nopeus eikä kohteessa ole varaa roikkua kuukausikaupalla, niin silloin 3D-skanneri on ainoa mahdollinen valinta skannaustehtävään.

Aihe tähän juttuun tuli siitä, että parhaillaan Suomessakin moni firma lähtee skannauskuvioihin ns. pitkän kaavan mukaan: ensin ostetaan se skannaava takymetri ja sitten huomataan, ettei sillä voikaan tehdä haluttua työtä kun aika on myös rahaa. Sen kun vaan, kantapään kautta tapahtuva oppiminen, joka vielä tuntuu kukkarossa, on lopulta sitä ainoaa kunnolla perille menevää oppia🙂

Kun katselee tyypillisen skannaavan takymetrin teknisiä tietoja, niin mittausnopeus normaalitilanteessa on 5 pistettä/s. Kun esimerkiksi Faro Focus mittaa lähes 1 000 000 pistettä/s ja Riegl lähettää 122 000 pulssia/s vastaanottaen max. 2 000 000 pistettä/s, niin kyllä jonkinlainen herästyskello voisi hälyttää ostajan päässä. Eikä takymetrin prismaton mittausetäisyyskään ole kovin kummoinen, jos skannatessa päästää vain hiukan vaihe-ero-keilaimia pidemmälle.

Mittausnopeudella ja pistetiheydellä on suurta merkitystä mallinnuksen kannalta, sillä vaikka kohdetta mitattaisiin monta päivää, niin mallinnus ei kuitenkaan ole mahdollista. Näin näyttää havainneen myös Jukka Tolonen vuonna 2011 diplomityössään, jossa vertaillaan saman valmistajan skannaavaa takymetriä ja 3D-skanneria. Monista hienoista yksityiskohdista kuten sillan kaiteista ei sittenkään ole mitattu tarpeeksi pisteitä mallinnukseen. Tässä työssä laitteiden nopeusero ei edes ole merkittävä, sillä ranskalaisen Mensin alunperin suunnittelema skanneri oli kymmenisen vuotta sitten nopea state-of-the -art -laite, mutta nykyskannereihin verrattuna auttamattoman hidas.

Rahansäästö on laitteistoa ostaessa nopeasti näennäinen säästöerä. Laskettaessa myöhemmin kokonaistyöaika mittauksesta mallinnukseen, huomataan rahan kulumisen olevan hyvinkin konkreettista.

Arkeologisia kesäuutisia ilmalaserskannauksen saralla

Kesäaikaan uutisista – tai ainakin viihdyttävän sorttisista sellaisista – on perinteisesti huutava pula, joten lehtien palstoille ilmestyy kaikenlaisia jännittäviä tarinoita. Pari viikkoa sitten maailmalla levisi tieto, jonka mukaan Hondurasista on löydetty konkistadori Hernán Cortésin mainitsema legendaarinen kaupunki, Ciudad Blanca, ja mikä parasta, löytö tehtiin ilmalaserskannauksista. Oooh, inkat ja mayat ovat aina kiinnostava jutun aihe…

Kun uutista hiukan kaivelee, niin törmää jälleen siihen tosiasiaan, että arkeologiaa käytetään usein viihteenä sekä poliittisena aseena, tutkijoiden/tutkimusinstituuttien välisestä kilpailusta nyt puhumattakaan. Tällä kertaa, huolimatta tutkimusryhmän varovaisesta asenteesta, paikallislehdistö ja poliitikot alkoivat rummuttaa löytöä, jota luonnollisesti pidetään 21. vuosisadan suurimpana.

Mikä uutisoinnissa meni pieleen? Ensiksi, Ciudad Blanca on nykyteorian mukaan ilmeisesti pelkkää kansantarua (no, tarujen takana on usein hitunen faktaakin). Toiseksi, monet skannausaineistosta löydetyt kohteet tunnetaan jo ennestään ja kolmanneksi, uusia mahdollisia kohteita ei ole vielä edes käyty tarkistamassa paikan päällä. Näistä ja muutamasta muustakin tapauksen häiritsevästä yksityiskohdasta kirjoitetaan perusteellisesti täällä. Skannausaineistossa ei siis lue kissankokoisin kirjaimin muinaisjäännöksen nimeä tai ikää…

Hyvin harvassa maassa kaukokartoituksen keinoin löydetty kohdetta voidaan suoraan pitää muinaisjäännöksenä, vaan potentiaaliset paikat on tarkastettava paikan päällä. Tällöin tutkitaan esimerkiksi onko kohde ihmisen toiminnan jäännös, geologiaa, eläinten aiheuttamaa yms. Jos kyseessä on ihmisen toiminnan tulos, niin etsitään sekä ajoittavia että kohteen luonnetta valaisevia tekijöitä, jotta voidaan päätellä täyttyvätkö muinaisjäännöksen kriteerit. Hassua kyllä Englannissa kohteessa tehtäviä tutkimuksia ei välttämättä tarvita, jos löytö on tehty jo sadan vuoden ajan harjoitetulla ilmakuva-arkeologian metodeilla. Toivottavasti mitkään tehostamis- ja säästötoimenpiteet eivät johda samanlaiseen käytäntöön meillä!

Sinänsä ilmalaserskannaus kuuluu nykyään ehdottomasti moderniin arkeologiseen työkalupakkiin. Suomessa arkeologiaa pidetään varsin humanistisenä tieteenalana, jota mediassa esitellään tyypillisesti pullasudilla puuhasteluna. Ihmisen menneen toiminnan tutkiminen on aina osa ihmistieteitä, mutta ihmisen jättämiä jälkiä pitää analysoida myös muilla keinoilla. Tyypillisesti menetelmien käyttöä rajoittaa rahoitus ja osaaminen, mutta kyllä Suomessa yritystä on. Maailmanlaajuisesti tarkasteltuna arkeologinen tutkimus on laaja-alaista: eri alojen tekniikkaa hyödynnetään poikkitieteellisesti paljon ja luonnontieteelliset analyysit ovat luonnollinen ja välttämätön osa nykytutkimusta. Tämä näkyi hyvin hiljattain esitetyssä saksalaisessa televisiodokumentissä, jossa tutkittiin roomalaisen taistelukentän jäänteitä Harzhornissa.

Jos ilmalaserskannauksen käytöstä arkeologisessa tutkimuksessa haluaa lukea enemmän, niin kehotan tutustumaan tämän jutun kirjoittajan oppi-isän, Wienin yliopiston professori Michael Doneuksen tutkimuksiin. Hän on tällä hetkellä alan johtava auktoriteetti, joka on perehtynyt monipuolisesti laserskannaukseen, kuvantamiseen (fotogrammetriasta hän aikoinaan lähti liikkeelle) ja geofyysisiin prospektointimenetelmiin. Näistä menetelmistä halutaan saada vielä enemmän irti Itävallan akatemian rahoittamassa arkeologisen prospektoinnin Ludwig Bolzmann-instituutissa, jonka varajohtajana Doneus toimii. Ilmalaserskannauksen käyttö ei suinkaan rajoitu prospektointiin ja kartoittamiseen, vaan siinä on potentiaalia esimerkiksi monitorointiin, kohteiden hoidon tarpeisiin ja luonnollisesti visualisointiin. Arkeologisesti tarkasteltuna pistepilvien käyttö on vielä lapsenkengissä, joten kehittämisessä riittää työtä.

Doneuksen ajattelutapaa hallitsee perinteinen tieteellinen kriittisyys, johon voi tutustua vaikkapa lukemalla hänen yhteenvetonsa ilmalaserskannauksen hyödyistä ja ongelma-alueista. Hyödyt ovat selkeästi suuremmat kuin tämänhetkiset ongelmat, varsinkin metsäisillä alueilla, mutta lähdekritiikkiä ei pidä koskaan unohtaa. Doneus vaatii aineistojen käyttäjiltä paljon: on perehdyttävä tarkkaan laserskannausaineiston tuottaneeseen laitteistoon, georeferointiin, filtteröintiin ja visualisointiin, jotta tutkimuksen lopputulos olisi oikeasti hyödyllinen. Sama pätee yleisesti kaikkeen poikkitieteelliseen tutkimukseen: ei tilastotieteitä, genetiikkaa yms. voi hyödyntää aidosti, jollei perehdy tarkoin niiden problematiikkaan. Esimerkkinä tästä oma kokemukseni Laihialta: ilmalaserskannausaineistoon syntyy esimerkiksi helposti keinotekoisia artefaktoja kaistojen reunoille: (Skogens kulturarv i Kvarkenregionen)

Painanteita Laihian pelloilla? Ei suinkaan, vaan aineistossa olevia keinotekoisia artefaktoja. Skogens kulturarv i Kvarkenregionen (SKAIK)

Doneus ei luonnollisesti ole ainoa tekijä alalla, vaan mielenkiintoista ja uraauurtavaa tutkimusta tehdään myös muualla. Meitä lähempänä ja enemmän suoria yhtymäkohtia suomalaiseen arkeologiaan tarjoaa norjalainen NIKU-instituutti, jossa mm. Ole Risbol on jo useiden vuosien ajan kehittänyt ilmalaserkeilausaineistojen käyttöä. Doneuksen tavoin hänkään ei tyydy vain kohteiden löytämiseen, vaan sen ohella menetelmän kehittämiseen. Risbolin tutkimusryhmissä on tutkittu esimerkiksi tulkitsijan vaikutusta kohteiden löytymiseen – arkeologinen ilmakuvien/skannausaineistojen tulkinta on opittu taito, ei synnynnäinen ominaisuus – ja viimeksi pistetiheyden (pistettä/m2) vaikutusta kohteiden näkymiseen. Pistetiheys vaihtelee metsätyypin mukaan, joten siinä mielessä norjalaisutkimukset ovat hyödyllisiä Suomessa.

Meillä Suomessa Maanmittauslaitoksen tarjoama ilmalaserskannausaineisto tarjoaa alustavan aineiston myös arkeologiseen prospektointiin ja se on helppo tapa lähteä tutustumaan pistepilvien maailmaan.  Aineiston harvuuden ja suodatustavan huomioon ottaen – aineisto tehdään korkeusmallin tuotantoa varten – sen hyödyt jäävät kuitenkin vain alustaviksi resoluution loppuessa kesken, kun ei meillä kauheasti pyramideja ole. Lisäksi suodatuksen päämäärästä johtuen monet arkeologiset pienet yksityiskohdat ovat kadonneet. Toki tervahautoja ja vastaavia kohteita aineistosta jo löytyy. MML:n pistepilviaineiston käytössä yksi lähtökohta voisi pikemminkin olla geomorfologinen analyysi. Maan pinnan muotojen avulla etsitään ihmisen toiminnalle geologisesti ja yleensäkin maantieteellisesti suotuisat alueet, koska tällaisilla alueilla ihminen tyypillisesti puuhailee.

Myös epäsuotuisille alueille kannattaa kurkistaa, sillä elämisen ehdot ovat vetäneet ihmisiä kaikenlaisiin ympäristöihin jo tuhansia vuosia. Esimerkkinä tästä voisi olla vaikkapa kaivannaisteollisuus, joka on tuonut hyvinvointia ja rikkauksia jo pitkään, mutta kaivokset sijaitsevat siellä missä mineraalia/malmia/kiveä on. Toisaalta kaivostoiminna jäljet näkyvät elinympäristössämme yhtä lailla pitkään, kuten tämän hetken ajankohtaisissa keskusteluissa tulee hyvin ilmi. Kuinkahan hyvin Suomen eriaikaista kaivostoimintaa ja sen ympäristö- ja väestövaikutuksia on loppujen lopuksi kartoitettu? Nyt voisi olla ajankohtaista päivittää tietomme modernien menetelmien avulla, kuten muuallakin Euroopassa tehdään. Näin myös YVA-menettelyyn saataisiin näin lisää tietoa pitkäaikaisvaikutuksista.

Ilmasta skannatuista pistepiviaineistoista löytyvät vain kooltaan tarpeeksi suuret kohteet sekä luonnollisesti vain sellaiset, jotka ovat säilyneet reliefina maan pinnassa. Tämän ulkopuolelle jää luonnollisesti paljon muuta löydettävää, mutta suuria alueita läpi käytäessä pistepilvet ovat erinomainen, työtä nopeuttava lähtökohta, jonka avulla myös muita aineistoja voi georeferoida. Nopeus tosin syntyy vasta kokemuksesta, joten on turha olettaa aloittelijan pääsevän huippusuoritukseen. Jos meillä joskus halutaan päästä tästä harjoitteluvaiheesta pois, kannattaa hakea rahoitusta parempilaatuisten eli tiheämpien ja täyden aallonmuodon sisältävien aineistojen hankkimiseen. Tällöin tuloksetkin tarkentuvat.

Faro apps & Gexcel

Faro Scene-alustalla toimivien sovellusten (Faro Apps) kauppa on avautumassa piakkoin. Gexcel ehti jo julkaista oman lisäosansa nopeuttamaan JRC Reconstructorin ja Faro Scenen yhteentoimivuutta. Lisäpalikan avulla aineistojen lataus JRC Reconstructoriin nopeutuu ja avautuu suoraan Scenen sisällä kuvan osoittamalla tavalla

Gexcelin lisukeohjelma avautuu suoraan faro Scenessä.

Kun aineiston käsittely Reconstructorissa on tehty, niin aineisto voidaan julkaista helposti Faro Websharessa, jolloin se on käyttäjien ladattavissa ja käytettävissä internet-selaimen avulla. Lisätietoja ja esittelyjä voi kysyä suoraan meiltä. Gexcelin lisukeohjelma on ilmainen.

Voimajohtojen vaikutus mittaustulokseen

Etäisyysmittausten kanssa puuhastellessa virhelähteiden miettiminen on tai ainakin sen pitäisi olla arkipäivää. Pääsääntöisesti virheet aiheituvat laitteista, ympäristöstä ja mittaajista. Laitteiden käytettävyys on nykyään niin hyvä, että napin painalluksen luullaan riittävän hyvin tulosten aikaansaamiseksi. Tämä on haaste myös alan koulutuksessa, sillä opiskelijat jopa kieltäytyvät tekemästä mittauksia vaatimusten mukaan. Virheet täytyisi selkeästi saada ilmennettyä paremmin, jotta niiden olemassaolon ja merkityksen ymmärtäisi.

Ilmakehästä aiheutuu monenmoista murhetta mittauksilla kaikilla sähkömagneettisissa mittauksissa käytetyillä aallonpituuksilla. Eräs virheiden aiheuttajista on refraktio oli mittaussäteen taittuminen rajapinnassa. Refraktio on erityisen voimakas lämpiminä päivinä ilman seisoessa, jolloin ilmaan syntyy eri lämpötilan omaavia kerroksia ja niiden rajapintoihin eri taitekertoimia. Myrskysäällä ilma on puolestaan hyvin sekoittunutta, jolloin refraktio on normaalisti olematon. Refraktio olisi helppo hallita ja mallintaa, jos tietäisimme olosuhteet koko mittaussäteen kulkumatkalta, mutta näinhän ei ole.

Refraktio tulee vahvasti esille haluttaessa mitata kuumia kohteita, koska mittaussäde kohtaa matkallaan useita taittavia rajapintoja – erilämpöisiä ilmakerroksia.  Lisäksi kuumasta kohteesta heijastuva säteily voi häiritä/vahingoittaa mittalaitteen vastaanottokennoa. Kuumien kohteiden mittaaminen on tunnetusti haastavaa ja se ei onnistu millä tahansa laitteilla.

Mutta kuinka moni tulee miettineeksi korkeajännitevoimajohtojen sähkökenttien aiheuttamaa refraktiota sen virhettä mittauksiin? Aihepiiri on tunnettu jo ainakin 140 vuoden ajalta, mutta sitä on tutkittu vähän. Voimajohtojen läheisyydessä tunnetumpi ilmiö lienee sähkö&magneettikenttien aiheuttamat ongelmat itse mittalaitteista, jotka sähkölaitteina voivat seota liian voimakkaissa kentissä.

Esimerkiksi  330 kV (30-50 A) voimajohdon läheisyydessä on havaittu systemaattisen horisontaalipoikkeaman olevan luokkaa -0,81 mgon ja vertikaalipoikkeaman +4,32 mgon. Korkeus- ja vaakakulman poikkeamat aiheuttavat mitatun pisteen sijaintivirheen, joka 100 m etäisyydellä on jo senttimetriluokkaa.

Kartoituksen tarkkuudessa virheet voivat vaikuttaa pieniltä ja projektin vaatimuksista riippuen niitä ei tarvitse edes huomioida. Sähköjohtoja sisältävissä tunneleissa geodeettisten tarkkuusmittausten tekeminen onkin jo haastavampaa, koska voimajohtojen läheisyydestä ei pääse eroon. Lisäksi voimajohtojen koon kasvaminen on maailmanlaajuinen tendenssi, joten virheen koko alkaa helposti olla jo merkittävä isojen voimalinjojen läheisyydessä.

Lähde: Henrik Brys: Refraktionseinflüsse durch elektriche Gleichstromfelder. Avn 5/2012.

Galileo 2020

Euroopan oman GNSS-satelliittinavigointijärjestelmän rahoitusesitys aikajaksolle 2014-2020 on luonnosvaiheessa ja viimeisin luonnos ilmestyi 5.6.2012. Galileo-projektin nykyinen rahoitus päättyy vuoden 2013 lopussa ja tuolloin systeemi on vielä kaukana valmiista. Tämänhetkisen arvion mukaan tarvitaan vielä 8 mrd euroa järjestelmän saattamiseksi lopulliseen toimintavalmiuteensa vuonna 2020. Rahoitus sisältää myös EGNOS-järjestelmän. Järjestelmien tuotekehitys rahoitetaan puolestaan Horizon 2020-ohjelmassa.

Rahoitusesityksen uusimmassa versiossa ehdotetaan rahoituksen jakamista heti alkuvaiheessa eri toiminnoille kuten satelliittien laukaisu ja huolto, maa-asemat, Egnos ja hallintokulut. Myöhemmin ≤10% prosentin rahansiirrot budjetista toiseen olisivat kuitenkin vielä mahdollisia. Näin halutaan estää budjetin paisuminen hallitsemattomasti, mikä on ollut tähän asti suuri ongelma projektissa. Suurten budjettiylitysten lisäksi myös aikataulu on venynyt vuodesta toiseen.

Toinen luonnoksessa kovasti korostettu seikka on järjestelmän kattavuus eli halutaan varmistaa kaikkien jäsenvaltioiden hyötyminen palvelusta. Ilmeisesti Egnos-korjauspalvelun käytettävyydessä on ilmennyt ongelmia monissa maissa, mitä ei haluta tapahtuvan Galileo-projektin kohdalla. Järjestelmän sosio-ekonomisesta vaikuttavuudesta halutaan laaja.

Kolmantena huomio kiinnittyy satelliittien lukumäärään, joka monessa esityksessa on 27 kpl + 3 varalle eli yhteensä 30 kpl. Ehdotuksessa budjetin mainitaan kattavan 18-24 satelliittia, jolloin lopulliseksi lukumääräksi mudostuisi vuoteen 2013 mennessä laukaistut + 18-24 uutta satelliittia. Nähtäväksi siis jää, kuinka monesta satelliitista järjestelmä vuonna 2020 koostuu.

Rahoituksen saamiseksi esityksen on saatava hyväksyntä Euroopan parlamentin Teollisuus, tutkimus ja energia -valiokunnassa ja sen jälkeen se on hyväksyttävä itse parlamentissa.

Tulevaisuudessa Galileon käyttökustannusten kattaminen on vielä aika auki. Poiketen USAn, Venäjän ja Kiinan GNSS-järjestelmistä, eurooppalainen järjestelmä luodaan siviilipohjalle. Sen peruskorjaukset (tarkkuus noin 1 m) ovat käytössä ilmaiseksi, mutta tarkempaa korjausta saa vain maksamalla. Järjestelmän ympärille halutaan näin kehittää kaupallista toimintaa ja innovaatioita, mutta on hieman kyseenalaista miten se toteutuu, kun GPS, GLONASS ja COMPASS -korjaukset ovat käytössä ilmaiseksi. Haluaako joku todella maksaa tiedosta, jota on jo saatavissa ilmaiseksi?

Koko satelliittinavigointijärjestelmän nimi on muuten huhujen mukaan vielä auki. Suomessa viime vuonna vieraillut prof. Terry Moore kertoi EU:n hävinneen Galileo-nimen käyttöoikeuden oikeudenkäynneissä Galileo-nimeä jo käyttävälle yritykselle. Julkaistussa budjettiluonnoksessa puhutaankin tarkasti ottaen vain Galileo-ohjelmasta, joten saapa nähdä mikä koko satelliittinavigointijärjestelmän nimeksi keksitään. Ehkäpä aiheesta järjestetään tulevaisuudessa kilpailu samoin kuin yksittäisten satelliittien kohdalla tehtiin. Tulevien satelliittien nimet on hiljattain päätetty lasten piirrustuskilpailuissa.

JRC 3D Reconstructor & R3

Nordic Geo Center Oy tarjoaa pistepilvien käsittelyohjelmia moniin käyttötarkoituksiin ja lähtökohtiin asiakkaiden tarpeen mukaan. Tällä kertaa esittelyvuorossa ovat italialaisen ohjelmistoyhtiö Gexcelin tuotteet JRC 3D Reconstructor ja R3, joista ovat juuri ilmestyneet uudet versiot.

Gexcel on vuonna 2007 perustettu spin off -yritys, jonka juuret ovat Brescian yliopistossa ja Euroopan komission tutkimuskeskuksen Joint Research Centren Ispran yksikössä. Italiassa fotogrammetrialla ja geodeettisella mittaamisella on muutenkin on pitkät perinteet ja laaja käyttäjäkunta, joten ei ole ihme, että maasta tulee jatkuvasti sekä sekä mittalaitteita että ohjelmistoja.

JRC 3D Reconstructor on täysverinen pistepilvien käsittelyohjelma, joka ei tarvitse mitään muuta ohjelmistoalustaa toimiakseen. Ohjelmalla voi tehdä kaiken aina pistepilvien hankinnasta erilaisten lopputuotteiden tuottamiseen. Itselleen sopivan paketin voi valita eri tarpeisiin suunnatuista ohjelmamoduleista. R3-lisukeohjelma mahdollistaa puolestaan isojen pistepilviaineistojen työstämisen CAD-ympäristöön luomalla ns. solid imagen. Pistepilvien hankinnassa on erityisesta mainitsemisen arvoista ns. Stop&Go -ohjausohjelma, jolla voidaan automatisoida vaikkapa ajoneuvon katolle sijoitetun laserskannerin käyttö.

3D Reconstructor Full

Gexcelin lippulaiva sisältää laajan paketin työkaluja eri sensoreilla hankitun pistepilviaineiston käsittelyyn ja yhdistämiseen muun mittaus- ja valokuva-aineiston kanssa. Ohjelmaan voi tuoda staattisesti, mobiilisti ja ilmasta mitattuja pisteitä sekä integroida eri tyyppiset aineistot keskenään. Aineistoista voidaan muun muassa luoda fotorealistisia 3D-malleja, poikkileikkauksia, läpiajovideoita, tehdä muutoksenseurantaa, vaurioanalyysejä, rakenteiden yksityiskohtaista kuvatulkintaa, geomekaanisia analyyseja, maastomalleja, tilavuuksia ja pinta-aloja sekä rikospaikka-analyysiä (liikeradat).

Ohjelman suodatusominaisuuksista kannattaa mainita monien kaipaama harvennusmenetelmä, jolloin kohteen tasomaisista pinnoista voidaan karsia runsaasti pisteitä kun taas reunoihin jää tiheämpi pisteaineisto. Näin pistepilveä voidaan yksinkertaistaa esimerkiksi muita ohjelmia varten.

Reunaviivojen korostus JRC 3D Reconstructorilla

3D Reconstructor Construction

Rakennus- ja infrastruktuurialoille suunnattu ohjelmaversio sisältää näillä aloilla erityisesti tarvittavia työkaluja kuten leikkausten tekemisen, julkisivun ortokuvat, deformaatiokartat sekä pinta-alat ja tilavuudet. Luonnollisesti pistepilvien käsittelyn voi aloittaa aineistojen rekisteröinnistä ja suodattamisesta ja lopputuotteet viedä CAD-ohjelmiin.

3D Reconstructor Mining & Tunneling

Kaivoskartoitukseen erityisesti suunnattu versio sisältää työkalut avolouhosten ja tunneleiden mittausten käsittelyyn sekä geoteknisten piirteiden kartoitukseen. Ohjelmalla luot muun muassa korkeuskäyrät, taiteviivat, maastomallit, tilavuudet ja muutostilavuudet.

3D Reconstructor Heritage/Architectonical

Kulttuuriperintökohteiden dokumentointiin, analyysiin ja käsittelyyn suunnattu ohjelmaversio mahdollistaa korkearesoluutioisten 3D-mallien tuottamisen ja mallin päällystämisen valokuvilla. Yksityiskohtaisesta mallista voidaan tehdä vauriokartoitusta ja kohteen muiden ominaisuuksien analysointia sekä tuottaa rakennuspiirrustukset, leikkaukset ja läpiajovideot. JRC CamCal+ lisäohjelman avulla voidaan lisäksi kalibroida kameroita.

R3 View & R3 Solid Image

Gexcel Xtream-teknologiaan pohjautuva pistepilvien käsittelytapa mahdollistaa valtavien pistepilviaineistojen visualisoinnin ja prosessoinnin JRC 3D Reconstructorin missä tahansa versiossa. SolidImage mahdollistaa valtavien 8 (esim. 20 000 x 30 000 px), syvyysinformaation sisältävien ortokuvien luonnin CAD-ympäristöön.

Täysi aallonmuoto?

Rieglin esiteltyä vuonna 2004 täyden allonmuodon digitaalisesti tallentavan ilmalaserkeilaimen LMS- Q560 ensimmäisenä maailmassa, kaupallisille markkinoille on vähitellen ilmaantunut muitakin täyden aallonmuodon tallentavia laitteita. Nykyään täyden aallonmuodon tallentavia skannereita löytyy ilmalaserkeilainten lisäksi mobiili- ja maalaserskannereista. Mutta riittääkö käyttäjälle pelkkä ilmoitus täyden aallonmuoden tallennuksesta vai täytyykö aiheeseen perehtyä syvällisemmin haluttujen lopputulosten aikaansaamiseksi?

Pulssilaserkeilaimet voidaan jakaa kahteen pääluokkaan: diskreetit ja täyden aallonmuodon laitteet. Suurin osa skannereista toimii analogisella pohjalla, jolloin mittaustulokseksi saadaan diskreettejä pisteitä, yksi tai useampi lähtevää pulssia kohden. Piste voidaan määritellä takaisinsironneesta kaiusta useilla eri tavoilla ja tietyssä laitteessa käytetty algoritmi on lähinnä laitevalmistajan tiedossa.

Mitattava piste voidaan määrittää palautuneesta kaiusta monesta eri kohtaan. Diskreeteissä laitteissa määritys on automaattinen eikä alkuperäiseen aineiston voida palata jälkianalyysissä.
Lähde: Laserkeilauskurssi 2008. TKK

Täyden allonmuodon mittaustekniikkaan perustuvat keilaimet ovat kuitenkin kovassa nousussa, sillä mittaustulos  (sisäinen ja ulkoinen tarkkuus) saadaan niillä paremmaksi ja lisäksi ne tarjoavat mittauksille lisäarvoa. Mitattavan kohteen ominaisuuksissa voi näet määrittää  X, Y, Z koordinaattien sekä aikaleiman lisäksi muutakin tallennetun datan perusteella. Jos laitteesta voidaan ratkaista sisäinen orientointi, radiometrinen kalibrointi ja systeemin vasteen kalibrointi, niin lopputuotteina ovat myös takaissironneen signaalin amplitudi sekä sen kalibroitu muoto reflektanssi, kaiun leveys sekä takaissironneen signaalin muodon hajonta. Näitä arvoja voidaan esimerkiksi käyttää pistepilviaineistojen luokitteluun.

Takaisinsironnan muodosta johdettu alfa-arvo, joka heijastaa selkeästi eroa kasvillisuuden ja rakennusten välillä. Lähde: Mallet., Bretar ja Sorgel 2008, Analysis of Full Waveform Lidar Data for Classification of Urban Areas. Geoinformation 5/2008.

Palataanpa alkuperäiseen kysymykseen: saadaanko yllä esiteltu etu kaikista ns. ”täyden aallonmuodon” tallentavista laitteista? Rieglin tutkimuspäällikön Andreas Ullrichin ja Martin Pfennigbauerin mukaan näin ei suinkaan ole. Näin ollen he ehdottavat seuraavaa luokittelua tällä hetkellä kaupallisilla markkinoilla myynnissä olevista laitteista:

Tässä luokittelussa kysymys on siitä, miten täysi aallonmuoto digitoidaan ja tallennetaan eli myös käytettävän A/D-muuntimen yhteys järjestelmään on merkityksellinen. Kuten taulukosta nähdään, löyhästi kytketty A/D-muunnin ei tarjoa mahdollisuutta radiometriseen kalibrointiin. Aineistosta puuttuu myös tarkka etäisyysmittaus- ja amplitudi-informaatio, eikä sitä voida saada tallennetusta digitoidusta aallonmuodosta. Näin siksi, että takaisin sironneesta pulssista otetaan vain muutamia otoksia, joista koko aallon rekonstruointi ei kuitenkaan ole mahdollinen. Sen sijaan ylimpänä mainittu Full waveform -data sisältää lähetetyn profiilin, jolla voidaan poistaa epästabiilin järjestelmän vaikutus mittaustulokseen, digitoidut kaiut, aikaleiman ja lähetyskulmat. Jos järjestelmä on stabiili, niin lähetetyn signaalin profiilia ei tarvitse tallentaa (echo waveform data).

Käyttäjän kannalta tilanne on sama kuin vaikkapa ruisleipää ostettaessa. Päällepäin ruisleipä vaikuttaa samalta, mutta tuoteselostetta lukiessa huomaakin merkittäviä eroavuuksia kuten rukiin määrän lopputuotteessa. Jos laserkeilausaineistolta odottaa tiettyjä ominaisuuksia, niin on perehdyttävä tarkkaan jopa laitteen elektroniikkaan.

Lähteet:

Mallet, C., F. Bretar and Soergel, U.: Analysis of Full-Waveform Lidar Data for Classification of Urban areas. Photogrammetrie – Fernerkundung – Geoinformation (PFG), 5/2008, pp.337-349.

Ullrich, A. and  Pfennigbauer, M. Categorisation of full waveform data provided by laser scanning devices. Electro-Optical Remote Sensing, Photonic Technologies, and Applications V. Edited by Kamerman, Gary W.; Steinvall, Ove; Bishop, Gary J.; Gonglewski, John D.; Lewis, Keith L. Proceedings of the SPIE, Volume 8186, pp. 818609-818609-10 (2011).

Wagner, W. Radiometric calibration of small-footprint full-waveform airborne laser scanner measurements: Basic physical concepts. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing (2010). Volume: 65, Issue: 6, Publisher: Elsevier B.V., Pages: 505-513

Urheilun pituusmittauksista

Näin yleisurheilun EM-kilpailujen ja kesäolympialaisten lähestyessä on ajankohtaista luoda katsaus tiettyihin yleisurheilukilpailujen pituusmittauksiin – milloin ja miten mittanauhoista päästiin eroon? Keihäässä, kuulassa, kiekonheitossa, pituushypyssä ja  kolmiloikassa tuloksen mittaamiseen käytetään nykyään maanmittareille tuttua takymetriä ja samalla tekniikalla tarkastetaan myös seiväshypyn rimankorkeus. Nuoremmille sukupolville ei kuitenkaan ole tuttua, millainen rooli suomalaisilla ja erityisesti Heinosen Hannulla on ollut kisamittausten kehittämisessä, joten tässä lyhyt katsaus asiaan.

Hannu harrasti nuorena juoksua, hiihtoa ja mäkihyppyä, joten vuonna 1974 Zeissin silloisen maahantuojan Keijo Rainesalon tarjoama tilaisuus kehittää urheilumittausta oli nuorelle maanmittausteknikolle hyvin mieluinen. Tuolloin pituusmittaukset hoidettiin mittanauhoilla eli tarkoituksena oli kehittää elekro-optista mittausta samaan tarkoitukseen. Suomi oli hakenut myös 1977 yleisurheilun Eurooppacupin loppukilpailua, joten aikaa harjoitella mittausta maaotteluissa oli 3 kesää ennen suurta koitosta. 1977 Hannu todella pääsi ensimmäistä kertaa mittaamaan luomallaan järjestelmällä kansainvälisissä arvokisoissa. Maaottelussa laskenta tapahtui HP:n ohjelmoitavilla laskimilla, mutta 1977 käytössä oli jo Wangin tietokone. Noina vuosina yleisurheilu oli koko Euroopassa voimissaan ja Eurooppa Cupiin kuuluvia maaotteluita järjestettiin Helsingin Olympiastadionilla useita joka kesä. Luonnollisesti mukaan kuului myös Suomi-Ruotsi maaottelut.

Vuoden 1983 järjestetyissä ensimmäisissä yleisurheilun maailmanmestaruuskilpailussa Hannu toimi mittauksen johtajana ja elektro-optisesti mitattaviin lajeihin tulivat nyt myös mukaan pituushyppy, kolmiloikka ja kuula aiemmin mitattujen pitkien heittojen lisäksi. Helsingissä tämä tapahtui ensimmäisen kerran maailmassa.

Kansainvälisiin kilpailuihin uuden tekniikan tuominen vaatii kansainvälisen yleisurheiluliiton IAAF:n hyväksynnän uudelle mittaustavalle. Hannu oli esitellyt mittaustekniikkansa Suomen Urheiluliitolle ja Suomen tekninen delekaatio esitteli sen edelleen Rooman EM-kisojen yhteydessä IAAF:lle. Roomassa ajatukselle naurettiin ja väitettiin kyseisen mittauksen olevan mahdotonta. Suomeen palattuaan delekaation johtaja Nils ”Nisse” Hagman soitti Hannulle jo Helsingin lentoasemalta terveisiä Roomasta ja kyseli oliko Hannu tahallaan laittanut heidät ”pellen osaan” Roomassa, esittämään aivan mahdotonta ratkaisua. Puhelussa kuitenkin sovittiin, että Hannu saisi todistaa väitteensä  paikkansapitävyyden parin päivän kuluttua Olympiastadionilla delegaation jäsenille. Niinpä viritettiin mittalaitteet Stadionille katsomon eteen ja kun Nisse Hagman ja stadionin isännöitsija Jorma Lindell hyppäsivät pituutta kentän toisella laidalla, Hannu mittasi tulokset kentän ylitse ja kontrollit mitattiin mittanauhalla millilleen. Poikkeamat olivat 0…1 mm luokkaa, jonka jälkeen Nisse totesi pontevasti ja päättäväisesti, että ensikesänä me mitataan sitten takymetrillä ja näytetään, että me Suomessa osaamme nämä hommat.

Uutta oli myös mittauslaitteiden siirtyminen pois kentältä – Olympiastadionille rakennettiin A-katsomon yläosaan katettu mittausasema, jossa oli 2 betonipilaria takymetreille ja datayhteys Stadionin keskustietokoneelle. Lajien valinta automatisoitiin, joten kahdella takymetrillä hoidettiin  jopa neljän samanaikaisen lajin mittauksia.

Elta S urheilumittauksessa

Maria Heinonen mittaamassa Olympiastadionilla vuonna 1998. Takymetrinä Hannulle hyvin rakas Zeiss Elta S-sarjan laite, jonka suunnittelussa Hannu oli Zeissilla mukana. Kuvalähde: Zeiss Geo Newsletter 12 (98)

Tässä vaiheessa mittauspaikat pystyttiin vielä valitsemaan optimaalisesti hyvien mittaustulosten varmistamiseksi, mutta nykyään sponsori & muut ”poliittiset” tekijät vaikuttavat tai ainakin pyrkivät vaikuttamaan laitteiden sijoitteluun. Näin mittauksen kokonaisepävarmuus kasvaa, jolleivat alan ammattilaiset pidä puoliaan markkinavoimia vastaan.

Los Angelesin menetetyt Olympiakisat

Los Angelesin 1984 olympialaisten tekninen delegaatio oli Helsingissä tutustumassa järjestelyihin ja kiinnostui  uudesta mittausratkaisuista. Pian Hannu allekirjoitti sopimuksen olympiakisojen mittaustehtävistä ja alan johtaviin laitevalmistajiin kuulunut  Wild Heerbrugg Ag  lupautui toimittamaan tarvittavat mittauslaitteet Hannulle paikan päälle. Hannu toimi tuolloin A. Ilmonen Oy:n Geodesian osaston myyntipäällikkönä. Mainittakoon, että 1983 Wild esitteli T2000 elektroniteodoliitin maastotallentimella ja ohjelmointimodulilla, jota toimitettiin Suomeen noin 30 kappaletta heti ensimmäisenä vuonna. Muualla maailmassa ohjelmointimodulia ei myyty, mutta Suomessa oli heti ohjelmointivalmius ja ideoita mittausohjelmien tekoon. Hannukin kävi Sveitsissä Wildin ohjelmointikursseja.

Pian Suomen urheiluliitto pyysi järjestämään Nokialle mahdollisuuden tulla mukaan osittain 1984 Olympialaisten tulospalveluun tavoitteena 1988 Olympialaisten kokonaistulospalvelun saaminen Nokialle. Tämän vaatimuksen esittäminen jälkikäteen, sopimuksen allekirjoituksen jälkeen, aiheutti hankalan neuvottelutilanteen, kun yritettiin väkisin saada ovi auki Nokialle. Järjestäjät eivät hyväksyneet Nokian mukaantuloa, joten mittaussopimus purettiin vain muutama kuukausi ennen olympiakisojen alkamista.  Näin Losin Olympialaisissa kuula ja hypyt mitattiin perinteisesti mittanauhalla mitaten. Mitäpä asiaan voi muuta todeta kuin että Nokia on historiansa aikana ollut monasti vahvasti läsnä suomalaisten elämässä, hyvässä  ja pahassa.

Hannun seuraava suuri kansainvälinen koitos olivat 2005 MM-kisat Helsingissä mittausjohtajan pallilla. Tapahtumasta jäi erityisesti mieleen rankka vesisade ja selitysten antaminen kansainväliselle televisiolle vesisateen aiheuttamista tietoliikenneongelmista. Yksittäinen mittaustulos jäi tietokoneen puskurimuistiin niin, että jokainen urheilija sai edeltäjänsä tuloksen taululle. Näin esimerkiksi kisan aloittanut Tero Pitkämäki sai noin 80-metriselle avausheitolleen taululle tulokseksi 60 m, joka oli edeltävän kontrollimittauksen lukema. Yleisö buuasi ja mittausjohtaja juoksi kovaa tulospalveluun… Vuonna 2005 laitteisto tuli kokonaisuudessaan Seikon ja Epsonin toimesta eli nykyään kisoissa ei näe enää takymetrien valmistajamerkkejä. Mittausjohtaja jäi kaipaamaan omia laitteita ja systeemiä, joiden kanssa oli pärjätty hyvin myös vesisateessa.

Kilpailumittausten lisäksi Hannun toimeen on kuulunut kisamittaajien koulutus. Kisamittaus on perinteisesti toiminut vapaaehtoisvoimin, joten halukkaita koulutetaan tehtäviin aina ennen kisoja. Kuten kaikki prisman kanssa takymetrilla mitanneet tietävät, suurin äly täytyy löytyä prismapäästä, joten prisman asettaminen kentällä on tärkeä tehtävä. Oman lisämausteensa mittauksiin tuo lisäksi valtava katsojamäärä, korvissa vihlova huutomyrsky ja koko kisatilanteen tuoma paine, joka myös kisahenkilökunnan on kestettävä.

Kisalähetyksiä seuratessanne kiinnittäkääpä huomionne siihen, miten mittauslaitteet on sijoitettu. Laitemerkit hyvin tuntevat voivat puolestaan tunnistaa laitevalmistajat sponsoritarrojen alta. Prismatekniikan toimivuutta voi puolestaan tarkastella varsinkin television lähikuvista, joissa välillä vilahtelee mittamieskin.

Aiheesta lisää Maankäytön artikkelissa 1/2006

kubit PointCloud, PointSense Plant & Heritage

Saksalainen ohjelmistotalo kubit on julkaissut uudet versiot PointCloud ja PointSense Plant ohjelmistaan sekä kokonaan uuden Heritage-ohjelman kulttuuriperintödokumentoinnin ammattilaisille. Kubitin ohjelmat toimivat Autodeskin ohjelmien päällä, joten ne soveltuvat hyvin Autodesk-ohjelmaympäristöissä jo valmiiksi toimiville tahoille. Uudet julkaisut toimivat myös Autodesk 2013 -ympäristössä.

PointCloud 8

kubit PointCloud and PointCloud Pro ohjelmat tarjoavat mahdollisuuden käsitellä ja mallintaa pistepilviä tutussa AutoCAD-ympäristössä. Verrattuna AutoCADin omiin työkaluihin, PointCloud lisää mallinnuksen joustavuutta ja tarjoaa suoraa sisääntuontia monille pistepilviformaateille. Viimeksi joukkoon on lisätty Leican, Z&F:n ja Topconin formaatteja sekä ASTM E 57. PointCloud Pro tukee myös kalibroitujen valokuvien käyttöä AutoCADissä, mikä mahdollistaa esimerkiksi mallinnuksen kuvilta monoplotting-menetelmällä.

PointSense Plant

PointCloud Pro -ohjelmaan perustuva PointSense Plant jatkaa kehittymistään teollisuusmallintamisen puolella. Putkien mallintamista on automatisoitu kuvankäsittelyn menetelmin edelleen ja nyt joukkoon on liitetty myös teräsrakenteet. Ohjelma analysoi kohteen ja ehdottaa käyttäjälle pistepilveen istuvia rakenteita standardikirjastoista tai käyttäjän omista putki/teräsrakennekirjastoista. Näin voit mallintaa esimerkiksi palkin kahdella klikkauksella. Uusi ohjelmaversio on nyt myös integroitu luomaan suoraan AutoCAD Plant 3D-objekteja.

PointSense Heritage

Ohjelmistoperheen uusin perheenjäsen Heritage on räätälöity kulttuuriperintöalan toimijoille, kuten esimerkiksi konservaattoreille ja arkeologeille. Ohjelmassa yhdistyvät pistepilviohjelma PointCloudin työkalut klassisiin fotogrammetrisiin PhoToPlan-ohjelman työkaluihin. Näin pistepilvet ja korkearesoluutioiset valokuvat voidaan yhdistää paremmin ja luoda esimerkiksi tosiortokuvia, avata ristiholvi kuvatasolle yms. Toisin sanoen voidaan luoda 2D-kuvakarttoja kentällä tehtävän analysoinnin tarpeisiin.

Lisätietoja kubitin sivuilla

Kubit TV

Riegl RiScan Pro suomeksi

RiScan Pron uusin päivitysversio 1.7.1 on nyt ilmestynyt suomeksi. Suomenkielisen version voi ottaa käyttöön ohjelman asennusvaiheessa aktivoimalla kielipaketin. Suomenkielisen version avulla erityisesti uudet käyttäjät voivat helpommin perehtyä heille mahdollisesti osin tuntemattomaan aihepiiriin. Ei sitä turhaan sanota, että vieraan kielen käyttö tyhmentää ja moni ammattikäsite voi jäädä avautumatta.

Muutoin päivityksessä esitellään ohjelmaan muutamia uusia työkaluja, joista merkittävin maastomallin teon kannalta on taiteviivojen (breaklines) automaattinen haku entisen puoliautomaattisen toiminnon sijaan.

Video satamasta

11.5.2012: suoraa LAZ-vientiä ei RiScan Prossa siis ole, mutta LAS on ollut jo pitkään. Sen sijaan maalaserkeilainpuolella merkittävämmäksi yhteiseksi tiedonsiirtoformaatiksi voi nousta viime vuonna esitelty ASTM E57-formaatti, jonka tuki RiScan Prossa myös on. Yhdysvalloissa GSA on adoptoimassa ASTM E57-formaatin käyttöä BIM-projekteissa ja ehkä se tulee meilläkin kansalliseen tietomalliohjeistukseen. Pitkällä tähtäimellä on hölmöläisten hommaa tallentaa aineistoja valmistajien omissa, usein suljetuissa formaateissa, joiden avaamista kukaan ei voi taata muutaman vuoden päästä.

Monitorointi

Monitoroinnin tarve kasvaa koko ajan, mutta mitä se oikeastaan on? Hyvä perusmääritelmä löytyy esimerkiksi wikipediasta eli kyseessä on yksinkertaistettuna prosessin tarkkailu tai valvonta. Prosessi voi olla keinotekoinen kuten esimerkiksi rakennusprosessi tai luonnollinen, kuten eroosio. Joka tapauksessa seurataan muutoksia mitattavassa kohteessa eli suomeksi voidaan puhua myös seurannasta. Muutoksia voidaan tehdä suuressa mittakaavassa myös satelliiteistä, kuten EU:n GMES Sentinel -ohjelmassa.

Erityyppistä monitorointia voidaan tehdä monin eri tavoin riippuen muun muassa valvottavan alueen koosta ja mittaukselta vaadittavalta tarkkuudelta. Perinteisillä geodeettisilla tekniikoilla valvottavaa kohdetta on kyetty seuraamaan pistemäisesti, mutta nykytendenssi on kohti alueiden mittaamista. Pistemäinen mittaustapa ei näet paljasta liiketta, jos kohde ei liiku tasaisesti kaikilta osiltaan.

Toinen suuri yleistendenssi on reaaliaikaisuus eli hälytys muutoksista halutaan saada heti kun ne ylittävät asetetun kynnysrajan. Näin voidaan esimerkiksi ehtiä pelastamaan ihmiset alkavan lumivyöryn tai maansortuman alaisilta alueilta. Ylikansallisia monitorointijärjestelmiä – tässä tapauksessa puhutaan usein varoitusjärjestelmistä – on tehty esimerkiksi maanjäristysten ja tsunamien valvontaa. Viime vuonna Japanin maanjäristyksessä varoitusjärjestelmän avulla ennätettiin pysäyttää luotijunat ja tehtaissa kriittisiä prosesseja juuri ennen pahinta järistystä. Näin systeemi maksaa itsensä takaisin säästetyillä ihmishengillä.

Alueiden mittaamisessa 3D-laserskannerit ovat omimmillaan, koska koko mittaustekniikka ja myös pinnan mittauksen tarkkuus perustuvat suuriin pistemääriin. Kaikkia skannereita voi käyttää monitorinnissa siten, että kohdetta mitataan määrätyin aikavälein ja aikaisempia pistepilviä/suunnittelumallia vertaillaan keskenään. Mietittävä asia on luonnollisesti skannerin mittausetäisyys, koska vaihe-eroskannereita voi etäisyyksien takia käyttää vain lähietäisyyksillä kuten tunneleissa. Esimerkkejä Faro Focus3D:n käytöstä rakentamisen valvonnassa näet täältä. Rieglin pulssilaserien kohdalla mittausetäisyys ei muodostu ongelmaksi, sillä laitteet mittaavat jopa 6 km asti.

Reaaliaikaisessa valvonnassa tarvitaan lisäksi myös monitorointia tukeva ohjelmisto, jollainen on esimerkiksi Riegl RiMonitor. Tällöin skanneri voidaan asettaa mittaamaan automaattisen määrävälein vaaralliseksi arvioitu kohdetta ja muutoksen tapahtuessa hälytys ohjataan hälytysjärjestelmiin tai vaikkapa vastuuhenkilöiden kännykkään. Tällaisia järjestelmiä käytetään esimerkiksi avolouhoksilla, sillä kaivosten seinämät ovat epävakaita ja alttiita sortumille. Samoin erilaisten patoaltaiden muurit voivat odottamattomasti syöpyä rikki.

Monitorointijärjestelmät ovat kehittymässä mielenkiintoiseen suuntaan sensoritekniikoiden yhdistyessä ja koneälyn yhdistämisessä mittaustulosten analyysiin. Seurantaan halutaan liittää ennustettavuus.

UAV & ruohonjuuritason kartoitus

Miehittämättömät ilma-alukset (UAV) ovat pinnalla, kun Suomen armeijakin on hankkinut lisää lennokkeja. Viimeisin, 1980-luvulla alkanut sotilaallinen UAV:n käyttötrendi on maailmanlaajuinen ja nykyään esimerkiksi Yhdysvaltain armeija kouluttaa  enemmän lennokkiohjaajia kuin oikeita lentäjiä.

Tiedustelupulu

Panoraamakuvaustarpeisiin kehitetty Dopplersport-kamera vuodelta 1907. Kamera puluineen on esillä museossa Jenassa.

Vaikka me emme myy UAV-tyyppisiä keveitä tai hieman raskaampiakaan aluksia (toimitamme kyllä RIEGLin kokonaisen kuvaus & laserkeilausjärjestelmän lentokoneineen) , niin alla Google Earthin kautta saapunut vinkki tee-se-itse kuvauslennokin hankkimiseksi. Tämä on ruohonjuuritoimintaa parhaimmillaan ja olisi mahdollista vaikkapa kouluissa.

Yhdysvalloissa toimiva Public Laboratory for Open Technology and Science (PLOTS) on kehittänyt 85 USD maksavan kuvausilmapallosetin, joka on myynnissä täällä. Paketin lisäksi tarvitset oman digipokkarisi ja softaa kuvien käsittelyyn. Ilmaisia ovat esim. MapKnitter ja arkeologisen ilmakuvauksen Grand old manin Irwin Scollarin Airphoto SE. (Jo 1950-luvulla ohjelmoinnin alottaneen Irwinin ohjelmissa matemaattiset algoritmit eivät muuten ole suunnilleen vaan justiinsa). Alkuunpääseminen on joka tapauksessa helppoa.

Älä kuitenkaan luule kuvauksen olevan aina niin yksinkertaista, sillä ulkona tuuli ottaa näihin kevyihin aluksiin helposti kiinni ja lentosuunnitelmat menevät pipariksi. Varaudu myös kamerasi tuhoutumiseen maahansyöksyissä.  Toisaalta ammattimaiseen kuvaus & mittaustoimintaan liittyy aina hyvä esisuunnittelu, joka sisältää esimerkiksi säätyypin arvion toimintaan. Edellisessä UAV-blogissani on linkki UAV-kuvauksen perusteisiin ja Turun seudulla toimiva Kari Uotila (Muuritutkimus Oy), voi puolestaan kertoa, millaista on käsitellä hieman isompaa kuvauspalloa.

Mikä tämä PLOTS sitten on? Kyseessä on MIT:sta valmistuneen Jeffrey Warrenin vuonna 1997 perustama yhteisö, jonka tarkoituksena on kehittää avoimen lähdekoodin työkaluja erityisesti ympäristömme tutkimukseen. PLOTS haluaa mahdollistaa vaikkapa pienten kyläyhteisöjen omatoimisen kartoituksen, jolla he voivat tehdä suunnitelmia yhteisönsä kehittämiseksi, kartoittaa kohteita, joita ei näy virallisissa kartoissa ja kartoittaa ympäristön muutoksia/saastumista. PLOTSin ottamia kuvia voi nyt myös katsoa Google Earthissä lataamaalla tarvittavan .kml-tiedoston.

Nyky-Suomessa tulee harvoin ajatelleeksi, että suuressa osaa maailmaa karttojen/ilmakuvien olemassaolo ei ole mikään itsestäänselvyys, koska meillä on vapaasti saatavilla monen eri tyyppisiä tarkkaa karttaa ja aineistoa eri mittakaavoissa. Tästä päivästä (1.5.2012)  lähtien Maanmittauslaitos on edelleen lisännyt ilmaiseksi saatavilla olevien aineistojen määrää ja näin yksityiset, yhteisölliset sekä kaupalliset tahot voivat valmistaa omia temaattisia karttoja tai palveluita. SYKE on puolestaan avannut aineistonsa jo muutamia vuosia sitten. Muualla maailmassa kartat voivat edelleenkin olla vaikkapa kassakaapissa (kollegani kokemus Armeniassa, kun hän meni auttamaan paikallisia muinaismuistojen kartoituksessa) tai hyvin valvotusti armeijan jakamia (oma kokemus Kreikassa). Kartta ja erilaiset paikkatietoa sisältävät aineistot ovat vallan välineitä.

LAS/LAZ

Onnittelut Martin Isenburgille, jonka LAStools on palkittu innovaatiopalkinnolla Amsterdamissa järjestetyissä Geospatial World Forum 2012 tapahtumassa. Tarkemmin otettuna palkinnon sain LAS-tiedostojen häviötön, avoimen lähdekoodin zippausformaatti LAZ, joka pakkaa tiedostot 5-12 osaan alkuperäisestä koostaan ja josta on nopeasti tullut de facto-standardi LAS-tiedostojen pakkaamiseen. Suomessa muun muassa Maanmittauslaitos toimittaa aineistoja LAZ-pakattuina. LAS ja LAZ on ensisijaisesti suunniteltu ilmalaserkeilausaineistoille.

Martin on saksalaislähtöinen ohjelmistokehittäjä, jonka libLAS-kirjastoon perustuva LAStools-ohjelmapaketti on erityisesti opiskelijoiden suosima ohjelma ilmalaserskannausten käsittelyyn. Jostainhan sitä täytyy oppi aloittaa! Kaupalliseen työskentelyyn ohjelmisto on maksullinen. Vaikka Martin on mies LAStoolsin takana, niin palkinnosta kuultuaan hän on jakanut runsaasti kiitosta häntä auttaneille henkilöille. Kukaan ei toimi eristyksissä ja yksin.

LAZia tuottava LASzip on ollut saatavilla Martinin sivuilta vuodesta 2007 alkaen ja vuonna 2009 hän julkaisi sen avoimella lähdekoodilla. Syynä tähän oli Yhdysvaltain liittovaltioiden eri organisaatioiden pyyntö, sillä ainoa vastaava kilpaileva kaupallinen ohjelma koettiin liian kalliiksi pitkällä tähtäimellä. Martin sai luonnollisesti apua tehtävään ja vastapalvelukseksi myös libLAS-kirjaston luojat mainostivat LASzipiä sivuillaan. Nyt monet organisaatiot ovat ottaneet LAZin käyttöönsä ja ja LAZ-tuki on tarjolla myös sellaisissa ohjelmissa kuten FME2012, TopoDOT ja GRASS sekä kaikkia libLASia hyödyntävissä ohjelmissa.

Tällä hetkellä Martin kehittää LASin kaltaista datan arkistointi- ja siirtoformaattia täyden aallonmuodon (waveform) aineistoille. LAS ei ole tehtävään suunniteltu ja ilmeisesti myös siinä aikaisemmin tehdyt ratkaisut estävät sen käytön. PulseWavesin kehitykseen ja siitä keskusteluun voi osallistua täällä.

Laserskannerit ja GPS/GNSS

Staattisen maalaserkeilauksen yhteydessä maastomittauksissa haluttaisiin mielellään käyttää satelliittipaikannusta skannerin paikantamiseen. Ja miksipä ei, jos skannerin suuntaus pohjoiskulmaan nähden saadaan myös määritettyä vaikkapa kompassin avulla. Tosin yhdistäminen onnistuu ilman suuntatietoakin, mutta toimistotyön aika kasvaa.

GPS/GNSS-paikannusta käytettäessä tulee muistaa, ettei paikannustarkkuus riitä lopulliseksi sijaintitarkkuudeksi, vaan pistepilvien yhdistämisohjelmassa täytyy olla mahdollisuus parantaa skannausasemien keskinäistä sijaintia pistepilvien yhteisiä alueita hyväksi käyttäen. Näin siksi, että RTK-mittauksella pistepilvet jäävät harittamaan useita senttejä, käytännössä olemme usein nähneet heikoimmassa elementissä eli korkeudessa jopa kymmenien senttien heittoja. Oma tukiasemaa käytettäessä paikannustarkkuus paranee, mutta varsinkin Z-koordinaattiin näyttää edelleen jäävän suurempaa mittausepävarmuutta.

Kuvassa 4 skannausasemaa on paikannettu GPS-mittauksin koordinaatistoon. Asemat ovat siis jo rekisteröity keskenään, mutta pistepilvien XY-koordinaatit heittävät 1-5 cm ja Z-koordinaatti 5-10 cm ja karkeimmillaan 50 cm (valk. pisteet). Havaintojemme mukaan tämä on tyypillistä RTK-korjausta käytettäessä.

Skannausasemien sijainnit voi mitata GPS-vastaanottimella erikseen ja yhdistää pistepilviin myöhemmin toimistossa.

Rieglin skannereissa vastaanotin voidaan myös sijoittaa skannerin päälle, kytkeä skanneriin ja tallentaa sijaintitieto skanneriin heti mittauksen aikana, kuten viereisessä kuvassa on näytetty. Skannerin ohjausnäytöstä voidaan tarkistaa GPS-yhteyden tila ja ja laatu. Riegl on tehnyt GPS-yhteydestään laiteriippumattoman, sillä näin halutaan parantaa eri laitteiden ristikäyttöä vain asetuksia vaihtamalla.

Pistepilvien käsittelyvaiheessa skannerista/muistitikulta puretaan siis valmiiksi koordinaatistoon rekisteröity aineisto tietokoneelle. Tässä vaiheessa tarkastetaan ensin yhdistämisen laatu ja sen jälkeen joudutaan hyvin todennäköisesti turvautumaan RiSCan Pro-ohjelman verkkotasoitusominaisuuteen. Iteraatiivisesti laskeva yhdistämisalgoritmi on hyvin tehokas, kunhan vain pistepilvissä on mitattu aineistoille yhteisiä osia. Itseasiassa kaikkia asemia ei tarvitse mitata koordinaatistoon, vaan verkkotasoituksella sijaintitietoa vailla olevat asemat voidaan yhdistään naapureihinsa suurella tarkkuudella. Epätarkkuudestaan huolimatta GPS-mittauksen mahdollisuus on haluttu tuoda ohjelmaan, sillä jälkityöhön käytetty aika lyhenee aineistojen sijaitessa jo karkeasti paikoillaan. Lisäksi turvallisuussyistä esimerkiksi kaivoksilla on parempi välttää erillisten tähysten käyttöä, vaikka niiden avulla yhdistämisestä tulee heti tarkempi.

Omat kokeilut skannerin ja GPS-mittausten yhteiskäytöstä ovat konkretisoineet GPS-mittausten mittausepävarmuuden. Mitatessa pisteitä pelkästään GPS:llä, virhettä ei havaitse pisteiden sijaitessa useiden metrien päässä toisistaan. Nämä virheet uppoavat sitten ilmeisen kivuttomasti esimerkiksi tilavuuksien laskentaan. Tilavuudet ovat siinä mielessä mielenkiintoisia käsitteitä, että moni hinnoittelu perustuu siirrettyihin massoihin. Päällekkäiset pistepilvet ovat armottomia paikannusvirheiden paljastajia, sillä asiakkaille ei voi luovuttaa yllä olevan kuvan mukaisia aineistoja eikä niistä voi laskea tilavuuksiakaan. Visualisoinnissa on voimaa!

PS. Lähtökohtaisesti luotamme Rieglin mittaustuloksiin monasti jopa takymetrimittauksiin verrattaessa, sillä Rieglin kokonaismittaustarkkuus vastaa hyvää takymetriä kulmamittaustarkkuuden ollessa muita skannereita huomattavasti tarkempi.

PSS. Mainitsemani GPS-mittaukset tekevät yleensä alan ammattilaiset eli eri tahojen ja eri valmistajien laitteilla näyttää tasapuolisesti päätyvän samankaltaisiin mittaustuloksiin. Maailmanlaajuisesti mobiiliskannausjärjestelmien valmistajat ja käyttäjät ovatkin todenneet GPS-mittaustarkkuuden olevan yksi suurimpia alan kehityksen pullonkauloja.

UAV & Lidar

Viimeiset pari vuotta olemme eläneet voimakasta UAV eli miehittämättömien ilma-alusten buumia. Edellinen taidettiin kokea 1980-luvulla. Nyt erilaiset ilma-alustyypit ovat kehittyneet voimakkaasti niin, että käyttäjä voi edullisesti hankkia pienen lennokin ja sen kantokyvyn mukaisen digikameran, vaikkapa kevyen pokkarin. ETH Zûrichissä vuonna 2009 UAV-lennokeista väitelleen Henri Eisenbeissin kompakti tutoriaali tämän hetken lennokkitilanteesta on tutustumisen arvoinen. Tähän teemaan liittyen on myös juuri ilmestynyt ilmakuvauksen opas ”The Secrets of Photomapping”, jonka voi ladata pdf-tiedostona.

Kirjan alussa todetaan heti seuraavaa:

”GPS and IMU precision is not a factor defining successful UAV mapping system. It is
capability of delivering sharp, contrasted, undistorted photos with high overlap that yields
geometric precision and height data.”

Tämä voi pitää paikkansa tämänkaltaisissa kuvaussysteemeissä ja tarjoaa aasinsillan käsitellä skannerin liittämistä samankaltaiseen kuvaus-alustaan. Myös tämä aihepiiri käy nimittäin kuumana maailmalla ja Suomestakin tulee kyselyjä säännöllisin väliajoin

Ensimmäisenä voikin käsitellä GPS- ja inertialaitteiston tarvetta skannaavissa systeemeissä ja todeta, että näiden laitteiden tarve käyttö on pakollista. Skannausdatasta ei tule yhtään järkevää pistettä, jollei aikaleimatulle mittauspulssille voida antaa tarkkaa sijaintia ja alustan kallistuskulmia.

Seuraavaksi nousee esille systeemien paino. Kevyen kameran lisäksi samalle alustalle pitää kameran kanssa sijoittaa skanneri, IMU ja GPS, joilloin voidaan unohtaa kevyet alustat. Skannereiden kohdalla painoksi muodostuu helposti useita kiloja, esimerkiksi Rieglin keveimmät ilmaskannerit painavat 6-7 kg. Myös 5 kiloisella Faro Focuksella voi skannata mobiilisti. Erilaisissa kokeellisissa systeemeissä on käytetty esimerkiksi Sickin teollisuuskannereita, mutta ongelmaksi muodostuu aineiston laatu.

Kolmantena ongelmana esiin nousee inertialaitteen hinta. Hyvät inertialaitteet maksavat edelleenkin paljon. Halpoja gyroskooppeja kokeillaan luonnollisesti jatkuvasti, mutta lopputuloksessa ongelmaksi nousee edelleenkin aineiston laatu. Tarpeeksi hyvänlaatuista dataa tarjoavat esim. kuituoptiset tai rengaslasergyroskoopit. Jo vuosia on seurattu MEMS-gyroskooppien kehittymistä, sillä pieninä ja edullisempina laitteina ne voisivat tarjoata ratkaisun inertiaongelmaan. Mutta myös niiden hinnoittelupolitiikka on varsin looginen: mitä tarkempi MEMS, sitä kalliimpi se myös on.

Kun laitteiden hinta ja laatu kohtaavat, niin markkinoille tulee varmasti valmiita systeemeitä. Siihen asti jokaisen alalle haluavan täytyy koota oma systeeminsä komponenteista. Koska koko on siis ongelma, niin sveitsiläinen Helimap on ratkaissut ongelman hieman raskaammalla kalustolla. Ei siis UAV, mutta toisaalta asiakkaille voidaan tarjota laadukasta aineistoa.

Lopuksi vastaus siihen, miksi Lidar halutaan yhdistää kuvaus-alustaan. Kuten kaikissa edellisissä UAV-ilmakuvausbuumeissa on huomattu, niin ilmakuvista ei voida mitata kasvillisuuden peittämiä kohteita maastotieton hankkimiseksi. Esimerkiksi metsien kohdalla tuloksena on pääosin puunlatvuston yläpinnan kartoitus. Näemmä jokaisen sukupolven on kuitenkin erikseen kokeiltava, josko se olisi mahdollista. Mutta sinnikkyys on tietysti yksi ihmisyyden perusominaisuus ja eräänä päivänä yrittäminen saattaa johtaa haluttuun lopputulokseen.

Täyden aallonmuodon ilmalaserkeilaus

Ruotsissa Naturvårdsverket on rahoittanut tutkimusta, jossa on selvitelty täyden aallonmuodon hyväksikäyttöä puiden latvuston rakenteen selvittämisessä. Tutkimuksessa on vertailtu perinteisempää diskreeteistä pisteitä koostuvaa aineistoa ja täyden aallonmuodon aineistoa, jossa aaltomuotoa on käsitelty eri tavoin. Ruotsalaistutkimuksen päämäärä oli tarkentaa metsän rakenteen kartoitusta ja habitaattien mallinnusta.

Yleisesti latvustojen tilavuuksien mittaus liittyy esimerkiksi ilmastontutkimukseen, koska tällä hetkellä monissa maissa mitaan kiivasti olemassa olevia hiilinieluja ja niiden muutosta. Uusi-Seelanti on ensimmäisiä maita, joissa koko hallintoalueella metsien hiili-inventointi tehdään ilmalaserkeilausaineistoista.

Käytännössä selvitettiin siis latvuston pystysuoraa rakennetta ja luonnollisesti myös latvuston tilavuutta. Ilmalaserkeilausaineistoja on vertailtu koealoilta maasta mitattuihin arvoihin, joita käytetään vertailun perustana. Tutkijat eivät tosin pidä koealojen mittauksia mitenkään absoluuttisina, vaan toteavat niidenkin sisältävän virheläheitä. No, johonkin arvoihin mittauksia on aina vertailtava.

Lopputuloksena todettiin täyden aallonmuoton aineiston mahdollistavan tarkemman lopputuloksen latvuston rakenteen selvittämisessä. Aineiston prosessointitavalla oli merkitystä lopputulokseen, joten aineisto sinänsä ei tarjoa tietä paratiisiin vaan sen käsittelyssä täytyy olla mukana älyä ja viisautta.

Artikkeleita:

Eva Lindberg, Kenneth Olofsson, Johan Holmgren, Håkan Olsson 2012. Estimation of 3D vegetation structure from waveform and discrete return airborne laserscanning data.Remote Sensing of Environment, vol. 118.

Stephens PR, McGaughey RJ, Dougherty T, Farrier T, Geard BV, Loubser D. 2008. Quality assurance and quality control procedures of airborne scanning LiDAR for a nation-wide carbon inventory of planted forests. In: Proceedings of SilviLaser 2008: 8th international conference on LiDAR applications in forest assessment and inventory. Hill RA, Rosette J, Suárez J (eds). Edinburgh, United Kingdom: SilviLaser. pp 563–571.

RIEGL Lidar 2012

Rieglin 2012 käyttäjäpäivät vietettiin helmikuun lopussa Floridassa. Tapahtuman aihepiirit liittyivät mobiili- ja ilmalaserskannaukseen. Puhujina toimivat muun muassa Rieglin omat kehittäjät, asiakkaat ympäri maailman sekä pistepilvien käsittelyyn keskittyvät ohjelmistoyhtiöt joukossa Terrasolid Oy:n Arttu Soininen.Tapahtuman aikana myös palkittiin ansioituneita kehittäjiä; näiden joukossa Technet Rail GmbH:n toimitusjohtaja Ivo Milev. Technet Rail -yhtiön keskittyy rautatiesuunnittelupuolen ohjelmiin kuten SiRail Scaniin sekä tietojen hallinnointiin tarkoitettuun SiRailManageriin. Jälkimmäisessä ohjelmassa voidaan hallinnoida maanlaajuinen rautatieverkoston erityyppisiä tietoja ja tietokantoja mukaanlukien ratojen laserskannaukset.

Rieglin seuraavat käyttäjäpäivät järjestetään keväällä 2013 Itävallassa. Aihepiireinä on alustavasti koko yhtiön tuoteskaala; siis mukaanlukien myös maalaserskannerit. Tänä vuonna pitkän matkan skannereihin on tulossa jälleen tuoteuutuuksia, joista kerromme lisää myöhemmin.

Seuraavia käyttäjäpäiviä odotellessa Floridan tunnelmiin voi tutustua videossa.

PS. Voit pyytää meiltä käyttäjäpäivien diaesityksiä.